2FLAC建模的基本方法和程序.docx

2 、FLAC 建模的基本方法和程序2.1 FLAC 程序建模方法通过建立数值计算模型求解不同的工程地质问题下面给出FLAC程序了具 体的解题步骤以及应注意的相关问题一、 根据实际工程规划计算模型，主要包括以下五个方面的内容(1) 设计模型尺寸 ：计算模型范围的选取直接关系到计算结果的正确与否， 模型范围太大，白白耗费了计算机能源，模型范围太小，计算结果失真，不能给 实际工程指导性的意见，因此合理的选择计算模型的范围至关重要；(2) 规划计算网格数目和分布 ：计算模型的尺寸一旦确定，计算网格的数目 也相应确定，程序中所能容纳的计算网格数目和计算机的 CPU 以及内存有重要 的关系，因此一台配置较好的计算机是非常重要的程序中为了减少因网格划分 引起的误差，网格的长宽比应不大于 5，对于重点研究区域可以进行网格加密处 理；(3) 安排工程对象(开挖、支护等)：对于需要开挖或者支护的工程，应在建模 过程中进行规划，调整网格结点，安排开挖以及支护的位置等；(4) 给出材料的力学参数 ：在建模时，应根据实际工程确定本构关系，给模 型赋以相应的力学参数，力学参数往往来源于现场或者试验；(5) 确定边界条件：模型的边界条件包括位移边界和力边界两种(包括模型内 部出适应力和位移)，在计算前应确定模型的边界状况。

二、 做好以上的规划准备后，须在计算机上建立模型，建模过程 中具体操作步骤和常用的语句介绍如下：(1)网格生成 ：grid i,j模型开始建立时，首先应该给出模型在X方向上总的单元格数目i和模型在Y方向上总的单元格数目j,例如: grid 30,20mod e图6-20模型网格图（2）网格规划 ：gen x1,y1 x2,y2 x3,y3 x4,y4 模型总的网格数目给定后，需要对模型的整体区域进行圈定，因此也就指定了模型的尺寸，（X],y]）、（x2,y2）、（x3,y3）和（x4,y4）分别为区域从左下角起按顺时针 旋转的四点坐标，例如：grid 30 20mod egen 0,0 0,20 30,20 30,0图 6-21 模型网格规划示意图（3）分区规划网格 ：考虑到实际工程中地质条件的影响以及施工过程中的需 要，程序中需对整体模型进行区块划分，命令如下：gen xI1,yI1 XI2,yI2 XI3,yI3 XI4，yI4 i=l，叫 j=l，mi （I 区）gen xII1,yII1 xII2,yII2 xII3,yII3 xII4,yII4 i=n1,n2 j=1,m1 （II 区）其中（xi1,yi1）＞（Xi2，yi2）、（xi3,yi3）和（xi4,yi4）为第i个区域从左下角起按顺时针旋转的 四点坐标，例如：grid 30 20mod egen 0,0 0,10 10,20 10,0 i=1,11 j=1,21 （i、j 为区域沿 X、Y 方向的结点号）gen 10,0 10,20 30,20 30,0 i=11,31 j=1,21图 6-22 模型分区网格图(4)特殊形状网格的形成 ：在实际工程中涉及到地质状况非常复杂，仅仅掌 握这些规则区域形成的命令语句还是不够的，为了能形象地刻画出洞室、复杂的 矿体埋藏以及地表分布状况等，还需要用到以下特殊形状网格形成的语句。

① 圆形：gen circle xc,yc rad,其中(xc,yc)为圆心坐标，rad为圆形半径， 例如：grid 30,20mod egen 0,0 0,20 30,20 30,0gen circle 15,10 5 (定义了以(15,10)为圆心， 5 为半径的圆形)② 弧线：gen arc xc,yc xb,yb theta，其中(xc,yc)为圆心坐标，其中(％畀丿 为弧线起点坐标， theta 为弧线按照逆时针旋转的角度，例如：grid 30,20mod egen 0,0 0,20 30,20 30,0gen arc 15,10 20,15 90 (定义了以(15,10)为圆心，(20,15)为弧线起点逆时针旋转90°的弧线)③ 线段：gen line x1,y1 x2,y2,其中馆$])和(x2,y2)分别为线段的两个端 点坐标，例如：grid 30,20mod egen 0,0 0,20 30,20 30,0gen line 10,5 20,15(形成了端点分别为(10,5)、(20,15)的线段)图 6-25 线段网格图④ 任意形状： table n x1,y1 x2,y2 xm,ym x1,y1gen table n其中table n代表圈定的第n个区域，(x1,y1)> (x2,y2)和(xm,ym)分别代表区域 典型点的位置，可以根据习惯逆时针圈定或者顺时针圈定，但是圈定区域必须为 闭合区域，也就是第一个坐标和最后一个坐标应该相同， gen table n 则定义 了这个区域，例如：grid 30,20mod egen 0,0 0,20 30,20 30,0table 1 5,5 8,12 15,15 25,12 22,5 12,3 5,5 gen table 1三、 模型建立以后，在计算前需要赋给单元材料性质，下面介绍 常用的两种力学模型中需要赋值的参数。

1)弹性模型 模型采用弹性本构关系进行计算时，单元材料只需要三个参数值，具体语句 如下：mode elastic (弹性)prop den=? bul =? shea =? 向和 Y 方向的单元号) 其中：d——材料的容重；i= i1,2ij= (i,分别为沿模型X方bu 材料的弹性模量，KE(bu lk modulus ) ；3(1 2 )sh 材料的剪切模量，GE(sh ear modulus ) 2(1 )注意：在赋予材料力学性质时，应注意量纲的统一，表6-1给出了量纲之间的关 系表 6-1 力学参数单位对应表SIImperialLengthmmmcmftInDensitykg/m3103kg/m3106kg/m3106g/cm3slugs/ft3snails/in3ForceNkNMNMdynes©IbfStressPakPaMPabarIb/ft2psiGravitym/sec2m/sec2m/sec2cm/s2ft/sec2in/sec2StiffnessPa/mkPa/mMPa/mBar/cmIb/ft3Ib/in3*刚度指节理面的法向和剪切刚度2）Mohr-Coulumb 模型模型采用莫尔-库伦本构关系进行计算时，单元材料需要六个参数值，语句 如下：Mod m （弹塑性 Mohr-Coulumb 准则）prop d=? bu=? sh=? c=? fri=? ten=? i=i1,i2 j=j1,j2其中：d——材料的容重；bu—材料的弹性模量；S —材料的剪切模量；c——材料的粘聚力；fri 材料的内摩擦角；ten 材料的抗拉强度。

四、 模型边界条件（1）位移边界（结点） 通常由于选取模型的范围比模拟对象的范围大，因此对模型无明显影响的边 界条件可以采用限制边界位移方法处理，具体语句如下：fix x i=i1,i2 j=j1,j2 （限制了 x 方向上的位移）fix y i=i3,i4 j=j3,j4 邙限制了 y方向上的位移）例如：grid 30,20mod egen 0,0 0,20 30,20 30,0gen circle 15,10 5mod nu reg i=15 j=11fix x i=l（限制了模型左边界X方向上的位移）fix y j=1（限制了模型下边界Y方向上的位移）图 6-27 位移边界网格图（2）力边界条件 （结点）有些模型建立以后，根据实际情况需要对模型施加外部载荷，也就是边界力 具体语句如下：apply pressure=? j=j1 （作用在边界上的机械压力） 或apply yf=? i=i1,i2 j=j1,j2 （作用在边界网格点上的 y 方向的力分量） apply xf=? i=i3,i4 j=j3,j4 （作用在边界网格点上的 x 方向的力分量） 或apply syy=? i=i1,i2 j=j1,j2 （作用在边界上的总应力张量的 yy 分量值） apply sxx=? i=i3,i4 j=j3,j4 （作用在边界上的总应力张量的 xx 分量值）例如：(1)grid 30,20mod egen 0,0 0,20 30,20 30,0gen circle 15,10 5mod nu reg i=15 j=11(2)grid 30,20mod egen 0,0 0,20 30,20 30,0gen circle 15,10 5mod nu reg i=15 j=11applyyf=-10i=1,31j=21applyxf=-5i=31j=1,21或(applysyy=-10 i=1,31j=21)(applysxx=-5i=31j=1,21)apply pressure=10 j=21apply pressure=5 i=31(1)、(2)输出结果的不同(1)2)皿:1.TA FLACSiOO WindowL ^.500L 2.000L o.oooL-o.i&ooo.oooCf.VS-OJob Title : From Fii«- r卜*十*十* *十十★ ★十* *十q&t0[p oiN c-t AlpirI i&d 尸口fc：u3" m .jc •seutur ■— I .口C DIE图6-28力边界网格图五、初始应力场的形成地应力始终是工程地质界的研究重点，特别是在有构造应力的条件下，水平 地应力往往大于垂直地应力，应力环境对地质工程的受力状态起重要的作用，在 程序中正确的输入地应力成为不可缺少的一项，FLAC程序很好的解决了地应力 输入的问题，具体语句如下：ini sxx=? var n1 n2 i=i1,i2 j=j],j2（初始化单元总应力xx方向的值）ini syy=? var m1 m2 i=i3,i4 j=j3,j4（初始化单元总应力yy方向的值）其中：SXX——X方向地应力；syy Y方向地应力；var n1 n2——地应力的变化量从n1逐渐过渡到n2i,j ——单元。

例如：grid 30,20modegen0,0 0,20 30,2030,0gencircle 15,10 5modnu reg i=15j=11iniSxx=-10 i=1,30j=1,20iniSyy=-6.5 i=1,30j=1,20图 6-29 地应。