FLAC/FLAC3D 基础与工程实例1 第2版PDF电子书下载

第1章FLAC、 FLAC3D的功能与特性 1

1.1 FLAC/FLAC3D简介 1

1.2 FLAC/FLAC3D的主要特点 2

1.2.1 FLAC/FLAC3D的使用特征 2

1.2.2 FLAC/FLAC3D的计算特征 2

1.2.3 FLAC/FLAC3D的求解流程 3

1.3 FLAC/FLAC3D的应用范围 3

1.4 FLAC/FLAC3D的不足 5

第2章FLAC3D快速入门 6

2.1初识FLAC3D 6

2.1.1图形界面 6

2.1.2分析的基本组成部分 7

2.1.3简单分析命令概要 8

2.1.4文件类型 9

2.1.5结果输出 10

2.2简单示例 11

2.3收敛标准 13

2.3.1常用收敛标准 14

2.3.2自定义收敛标准 14

2.4求解过程中有关变量的解释 14

2.4.1不平衡力 14

2.4.2网格节点速度 15

2.4.3塑性区标识 16

2.4.4历时曲线 17

2.5本章小结 17

第3章FLAC快速入门 18

3.1概述 18

3.1.1使用界面介绍 18

3.1.2网格和节点 20

3.1.3修改程序内存 21

3.2一个简单的实例 22

3.2.1问题描述 22

3.2.2启动FLAC 22

3.2.3建立网格 23

3.2.4定义材料 23

3.2.5定义边界条件 25

3.2.6重力设置 26

3.2.7初始应力计算 26

3.2.8保存状态文件 26

3.2.9查看初始应力计算结果 27

3.2.10查看最大不平衡力 29

3.2.11实施开挖 30

3.2.12设置历史变量 31

3.2.13开挖计算并保存 32

3.2.14后处理 32

3.3文件系统 34

3.3.1 prj文件 34

3.3.2 sav文件 34

3.3.3 dat文件 34

3.3.4 fis文件 35

3.3.5 tmp文件 35

3.4功能模块介绍 36

3.4.1 Build选项卡——建立网格 36

3.4.2 Alter选项卡——修改网格 37

3.4.3 Material选项卡——材料赋值 37

3.4.4 In-situ选项卡——初始条件和边界条件 38

3.4.5 Structure选项卡——结构单元 38

3.4.6 Utility选项卡——应用功能 38

3.4.7 Settings选项卡——计算设置 39

3.4.8 Plot选项卡——后处理 39

3.4.9 Run选项卡——求解 40

3.5应用实例——路堤堆载的模拟 40

3.5.1问题描述 41

3.5.2建立网格 41

3.5.3材料赋值 43

3.5.4边界条件 44

3.5.5初始应力计算 44

3.5.6路堤堆载的模拟 45

3.5.7后处理 45

3.6本章小结 47

第4章 计算原理与本构模型 48

4.1计算基本原理 48

4.1.1有限差分法 48

4.1.2混合离散法 49

4.1.3求解过程 50

4.2本构模型 52

4.2.1空模型 52

4.2.2弹性模型 52

4.2.3塑性模型 52

4.2.4本构模型的选择 53

4.2.5本构模型的执行方式 54

4.3本章小结 55

第5章FLAC3D的网格建模方法 56

5.1网格生成器及应用 56

5.1.1基本形状网格的特征 56

5.1.2基本形状网格的建立 58

5.1.3基本形状网格的连接与分离 64

5.1.4 FISH在网格建模中的应用 65

5.1.5应用实例——层状边坡三维网格的生成 66

5.2其他软件的网格导入 70

5.2.1 FLAC3D的网格单元数据形式 70

5.2.2与其他软件的导入接口——以ABAQUS为例 72

5.3本章小结 73

第6章FLAC3D的后处理 74

6.1概述 74

6.2基本后处理功能 74

6.2.1 PLOT命令的格式 75

6.2.2 PLOT图形的输出 76

6.2.3初始应力计算结果的后处理 77

6.2.4查看施加荷载后计算结果的后处理 80

6.3其他软件的后处理——Tecplot 91

6.4本章小结 94

第7章 初始地应力场的生成及应用 95

7.1初始地应力场生成方法 95

7.1.1弹性求解法 95

7.1.2更改强度参数的弹塑性求解法 97

7.1.3分阶段弹塑性求解法 98

7.2几个简单的例子 98

7.2.1设置初始应力的弹塑性求解 98

7.2.2存在静水压力的初始地应力场生成 99

7.2.3水下建筑物的初始应力场生成 102

7.2.4深埋工程的初始应力场生成 103

7.3应用实例——路基施工过程模拟 106

7.3.1问题描述 106

7.3.2模型建立 107

7.3.3初始应力计算 108

7.3.4施工过程模拟 109

7.3.5绘制沉降曲线 113

7.4本章小结 116

第8章FISH语言 117

8.1两个问题 117

8.2从最简单的程序开始 118

8.3基本知识 119

8.3.1函数与变量 119

8.3.2数据类型 119

8.4主要语句 120

8.4.1选择语句 120

8.4.2条件语句 120

8.4.3循环语句 121

8.4.4命令语句 122

8.5内置变量与函数 122

8.5.1变量与函数的类型 122

8.5.2单元遍历与节点遍历 122

8.6应用实例 123

8.6.1让土体的模量随小主应力变化 123

8.6.2分级加载的施加与监测 124

8.6.3获得最大位移的大小及发生位置 126

8.6.4得到主应力差云图 127

8.7编程与查错技巧 128

8.7.1编程技巧 128

8.7.2查错方法 129

8.8本章小结 129

第9章 接触面 130

9.1概述 130

9.2基本理论 131

9.2.1 FLAC3D中接触面的基本理论 131

9.2.2 FLAC中的接触面理论 132

9.3 FLAC3D接触面几何模型的建立 134

9.3.1移来移去法 134

9.3.2导来导去法 136

9.3.3切割模型法 139

9.3.4建立接触面存在的问题 139

9.4 FLAC接触面几何模型的建立 142

9.5接触面参数的选取 143

9.5.1接触面参数的确定 143

9.5.2接触面参数的影响 144

9.6单桩静荷载试验模拟 146

9.7水下接触面上的水压力设置问题 148

9.7.1问题描述 149

9.7.2分析流程 149

9.7.3结果分析与讨论 151

9.8与接触面有关的常用命令 152

9.9本章小结 153

第10章 结构单元及应用 154

10.1概述 154

10.1.1基本术语 155

10.1.2几何模型的建立 157

10.1.3结构单元的连接 161

10.1.4边界条件与初始条件 162

10.1.5局部坐标系与符号约定 162

10.2结构单元的基本原理 163

10.2.1梁（beam）单元 163

10.2.2锚索（cable）单元 164

10.2.3桩（pile）单元 167

10.2.4壳（shell）单元 170

10.2.5土工格栅（geogrid）单元 171

10.2.6初衬（liner）单元 172

10.3后处理 173

10.3.1结构节点的输出信息及历史变量 174

10.3.2结构构件的输出信息及历史变量 174

10.4应用实例 174

10.4.1使用梁单元进行开挖支护 174

10.4.2关于预应力锚杆的模拟 176

10.4.3结构单元的动力响应 179

10.5关于群桩分析思路的讨论 181

10.6本章小结 181

第11章 流-固相互作用分析 182

11.1概述 182

11.2流固相互作用的两种计算模式 183

11.2.1无渗流模式 183

11.2.2渗流模式 186

11.3流体分析的参数和单位 187

11.3.1渗透系数 187

11.3.2密度 187

11.3.3流体模量 188

11.3.4孔隙率 189

11.3.5饱和度 190

11.3.6流体的抗拉强度 190

11.4流体边界条件 190

11.4.1透水边界与不透水边界 190

11.4.2其他渗流条件 192

11.4.3关于流体边界条件的讨论 192

11.5流体问题的求解 193

11.5.1时标（Time scale） 193

11.5.2完全耦合分析方法的选择 194

11.5.3固定孔压分析（有效应力分析） 196

11.5.4单渗流分析建立孔压分布 196

11.5.5.无渗流——力学引起的孔压 197

11.5.6流固耦合分析 199

11.6应用实例 203

11.6.1心墙土坝的渗流 203

11.6.2真空预压的简单模拟 206

11.7本章小结 209

第12章 非线性动力反应分析 210

12.1概述 210

12.1.1与等效线性方法的关系 211

12.1.2 FLAC3D动力计算采用的本构模型 212

12.2动力时间步 212

12.3动态多步 213

12.4动力荷载和边界条件 217

12.4.1动力荷载的类型与施加方法 217

12.4.2边界条件的设置 218

12.4.3地震荷载的输入 225

12.5力学阻尼 225

12.5.1瑞利阻尼（Rayleigh damping） 225

12.5.2局部阻尼（Local damping） 229

12.5.3滞后阻尼（Hysteretic damping） 231

12.5.4关于阻尼设置的一些讨论 233

12.6网格尺寸的要求 234

12.7输入荷载的校正 234

12.7.1滤波 234

12.7.2基线校正 234

12.8动孔压模型与土体的液化 235

12.9完全非线性动力耦合分析步骤 236

12.10应用实例——振动台液化试验模拟 237

12.10.1计算模型及参数 237

12.10.2计算过程 238

12.10.3计算结果与分析 241

12.11本章小结 241

第13章 自定义本构模型 242

13.1自定义本构模型的实现 242

13.2模型运行方法 243

13.2.1编译项目 244

13.2.2创建一个新的项目 244

13.2.3选择Release/Debug编译选项 244

13.2.4改变输出文件名为自定义的DLL 245

13.2.5在项目中添加用户自定的源文件和头文件 245

13.3以Mohr-Coulomb模型为例 245

13.3.1头文件（usermohr.h） 246

13.3.2 C++源文件（usermohr.cpp） 247

13.4开发实例—— Duncan-Chang模型的开发 253

13.4.1理论描述 253

13.4.2开发流程 254

13.4.3调试与验证 259

13.5本章小结 263

第14章 边坡安全系数求解 265

14.1强度折减法 265

14.1.1基本原理 265

14.1.2实现过程 266

14.2应用实例 266

14.2.1安全系数求解 267

14.2.2自编强度折减法的实现 272

14.3强度折减法评述及使用建议 275

14.3.1强度折减法评述 275

14.3.2强度折减法使用建议 275

14.4本章小结 276

第15章 冰碛土边坡稳定性研究 277

15.1概述 277

15.2边坡工程地质模型 278

15.3冰碛土抗剪强度参数研究 279

15.3.1冰碛土的组成和结构特性 279

15.3.2抗剪强度参数研究思路 280

15.3.3冰碛土结构的元胞自动机模拟 280

15.3.4元胞自动机模型的导入 281

15.3.5三轴数值模拟试验 284

15.3.6试验结果及分析 286

15.3.7抗剪强度预测模型 288

15.4边坡稳定性分析方法研究 291

15.4.1边坡稳定性综合分析方法的构建 291

15.4.2简化一次二阶矩法（Sfosm法） 291

15.4.3边坡稳定的FLAC3D分析 292

15.4.4边坡可靠度分析 300

15.5本章小结 301

第16章 阪神地震液化大变形分析 302

16.1前言 302

16.2液化后流动本构模型及其在FLAC3D中的开发 303

16.2.1液化后流动本构模型 303

16.2.2一般应力条件下饱和砂土液化的判定准则 304

16.2.3开发过程 304

16.2.4 PL-Firm模型的开发流程 305

16.2.5液化状态指示器的编写 307

16.3前处理 307

16.3.1模型尺寸及计算参数 307

16.3.2地震波的调整 309

16.3.3网格划分 311

16.4静力计算结果 312

16.5动力计算结果 314

16.5.1变形分析 315

16.5.2液化区比较 316

16.6本章小结 318

第17章 抗液化排水桩的数值模拟 319

17.1前言 319

17.2前处理 320

17.2.1网格建立与初始应力生成 320

17.2.2桩模型及接触面单元的生成 320

17.3震前初始应力状态的计算 322

17.4动力计算 325

17.4.1动力输入 325

17.4.2单元额外变量的定义 326

17.4.3历史变量的记录 327

17.5计算结果与分析 328

17.5.1超孔压比分析 328

17.5.2超孔压与竖直向有效应力分析 333

17.6本章小结 339

第18章 深基坑工程分析 340

18.1前言 340

18.1.1工程概况 340

18.1.2基坑围护方案 341

18.2计算模型及参数 343

18.3分析过程 345

18.3.1初始应力计算 345

18.3.2支护桩的施工 345

18.3.3开挖计算 346

18.4计算结果分析 349

18.5本章小结 349

第19章 装配式防波堤的变形分析 350

19.1概述 350

19.2分析思路 351

19.2.1 Beam单元 352

19.2.2 Pile单元 352

19.2.3 Interface单元 352

19.3施工过程的模拟 352

19.3.1计算模型及参数 352

19.3.2计算步骤 354

19.4波浪荷载作用下结构的变形分析 360

19.4.1分析方法 360

19.4.2波浪荷载的计算 360

19.4.3波峰作用下的计算结果 361

19.4.4波谷作用下的计算结果 363

19.5计算结论与本章小结 364

第20章 盾构开挖对软粘土地层的扰动模拟 365

20.1概述 365

20.2问题的描述 366

20.3 FLAC3D模拟隧道开挖中若干问题的解决 367

20.3.1采用修正剑桥模型模拟软粘 土地层应力应变特性 367

20.3.2流固耦合模拟隧道开挖地层 变形时效性 370

20.3.3壳单元模拟隧道衬砌支护 371

20.4计算文件 372

20.5计算结果分析 376

20.6本章小结 378

第21章 群桩负摩阻力特性分析 380

21.1概述 380

21.2工程实例分析 381

21.2.1工程概况 381

21.2.2模型的建立及参数选择 381

21.3分析过程 382

21.3.1群桩数值模型的建立 382

21.3.2加载速率控制的FISH实现 384

21.3.3流固耦合相互作用模拟土体固结 时间效应 385

21.3.4计算成果的处理方法 386

21.4计算结果对比分析 386

21.5本章小结 388

第22章 软弱土层的冻胀性能分析 389

22.1冻胀分析的基本原理 389

22.1.1 FLAC3D温度场分析基本理论 389

22.1.2冻胀效应计算的假定及方法 390

22.2工程概况与计算模型 391

22.2.1工程概况 391

22.2.2计算模型 391

22.2.3计算参数 391

22.3主要分析结果 392

22.3.1温度场分析结果 392

22.3.2冻胀位移分析 393

22.3.3应力场分析 395

22.3.4分析结果验证 396

22.4本章小结 398

第23章 基坑工程中既有下穿隧道隆起变形分析 399

23.1工程概况 399

23.1.1基本情况 399

23.1.2基坑支护方案 401

23.1.3盾构隧道抗隆起支护方案 402

23.2分析过程 403

23.2.1几何模型与边界条件 404

23.2.2本构模型与材料参数 405

23.2.3施工过程数值模拟 406

23.3计算结果分析 406

23.3.1基坑的沉降变形特征 406

23.3.2地铁隧道的隆起变形分析 407

23.3.3抗拔桩桩侧摩阻力的分布 408

23.4本章小结 410

第24章 常见问题及学习建议 411

24.1常见问题及其解答 411

24.2常见错误（警告）提示及其解决办法 414

24.3学习经验和建议 416

附录A FLAC3D命令一览 418

附录B FLAC3D的FISH保留字 427

附录C FLAC的FISH保留字 431

参考文献 433