FLAC3D在岩土工程中的应用-文档资料

发布于:2021-06-11 03:37:51

GeoHohai FLAC3D在岩土工程 中的应用 报告人:陈育民 导 师:刘汉龙 河海大学岩土工程研究所 ymch@hhu.edu.cn lakewater@126.com 主要内容 ? ? ? ? ? ? ? ? FLAC3D软件简介 FLAC3D的基本原理 FLAC3D的前后处理 流-固耦合分析 接触单元与应用 完全非线性的动力分析 自定义本构模型的基本方法 结构单元及应用 GeoHohai 2/74 主要内容 ? ? ? ? ? ? ? ? FLAC3D软件简介 FLAC3D的基本原理 FLAC3D的前后处理 流-固耦合分析 接触单元与应用 完全非线性的动力分析 自定义本构模型的基本方法 结构单元及应用 GeoHohai 3/74 FLAC3D简介 ? ? ? ? ? ? Fast Lagrangian Analysis of Continua 美国Itasca咨询公司开发2D程序(1986) 1990年代初引入中国 有限差分法(FDM) DOS版→2.0 →2.1 →3.0 Itasca其他软件 GeoHohai 4/74 FLAC3D简介 ? 应用: ? 岩土力学分析,例矿体滑坡、煤矿开采沉陷预测、水 利枢纽岩体稳定性分析、采矿巷道稳定性研究等 ? 岩土工程、采矿工程、水利工程、地质工程 ? 特色: ? 大应变模拟 ? 完全动态运动方程使得FLAC3D在模拟物理上的不稳 定过程不存在数值上的* ? 显示求解具有较快的非线性求解速度 GeoHohai 5/74 主要内容 ? ? ? ? ? ? ? ? FLAC3D软件简介 FLAC3D的基本原理 FLAC3D的前后处理 流-固耦合分析 接触单元与应用 完全非线性的动力分析 自定义本构模型的基本方法 结构单元及应用 GeoHohai 6/74 基本原理 ? ? ? ? ? ? 有限差分法 Lagrangian网格 空间混合离散技术 Lagrangian格式动量*衡方程 FLAC3D的求解过程 FLAC3D的本构模型 GeoHohai 7/74 有限差分法 ? ? ? ? ? 古老的方法(上世纪40年代) 用差分格式转化控制方程中的微商格式 流体力学;土工渗流问题;固结 FDM & FEM的混合求解 FDM的新进展 GeoHohai 8/74 Lagrangian网格 ? 源自流体力学中的拉格朗日法 ? 跟踪流体质点的运动状态 ? 跟踪固体力学中结点,按时步用 Lagrangian法研究网格节点的运动 ? ? 节点和单元随材料移动,边界和接 触面与单元的边缘一致 固体力学大变形理论 法国数学家、物理学家拉格朗日 GeoHohai 9/74 空间混合离散技术 ? ? 结构域离散为可由四面体单元组合形成的五面体 或六面体等单元 以 为基本单元(常应力、常应变) ? 体应变的计算: 偏应变的计算: ? GeoHohai 10/74 空间混合离散技术 = + /2 GeoHohai 11/74 Lagrangian格式动量*衡方程 牛顿运动定律 F ? m ? a ? m ? du dt 对于连续体 dui ?? ij ? ? ? ? gi dt ?x j m 在静力*衡条件下,加速度 项为0,方程变为*衡方程 u, u, u F(t) GeoHohai 12/74 Case-1自由落体的模拟 命令流: config dyn gen zon bri size 1 1 1 ini x mul 0.1 y m 0.1 z m 0.1 model elas prop bulk 3e8 shear 1e8 ini dens 1000 set grav 0 0 -10 solve age 2 G = mg S = 1/2gt2 = 20m GeoHohai 13/74 Case-1自由落体的模拟(movie) GeoHohai 14/74 FLAC3D的求解过程 对所有的网格节点 速度 *衡方程 (动量方程) 节点力 Gauss定律 单元积分 对所有单元 应力—应变关系 (本构模型) 应变率 GeoHohai 新的应力 15/74 FLAC3D中的本构模型 ? ? 开挖模型null 3个弹性模型 ? 各向同性弹性 ? 横观各向同性弹性 ? 正交各向同性弹性 ? 8个塑性模型(Drucker-Prager模型、MorhCoulomb模型、应变硬化/软化模型、遍布节理 模型、双线性应变硬化/软化遍布节理模型、修正 剑桥模型和胡克布朗模型) 16/74 GeoHohai FLAC3D中的本构模型 模型 空模型 线弹性模型 正交各向同性 弹性 横观各向同性 弹性 德鲁克-普拉格 模型 摩尔-库仑 模型 应变硬化/软化摩尔-库仑 模型 遍布解理模型 双线性应变硬化/软化遍 布解理模型 双屈服面塑性模型 修正剑桥模型 胡克-布朗模型 材料特性 空 均匀各向同性的线形本构关系 正交各向同性材料 横观各向同性弹性(即板岩) 极限分析,底摩擦角的软粘土 松散或胶结的粒状材料:土,岩石,混 凝土 存在非线性硬化或软化的粒状材料 具有强度各向异性的层状材料(即板岩) 具有非线性材料硬化或软化的层状材料 轻胶结的粒状材料,在压力作用下导致 永久体积减小 变形和抗剪强度是体变的函数 各向同性的岩石材料 粘土 岩石 实际应用 孔洞,开挖,后续施工材料(如回填) 低于强度极限的人工材料(如钢 铁);安全系数计算 不超过强度极限的柱状玄武岩 不超过强度极限的层压材料 与隐式有限元程序相比的常用模型 岩土力学通用模型(边坡稳定性分 析,地下开挖) 破坏后研究(失稳过程,立柱屈服, 顶板崩落) 松散沉积地层中的开挖 层状材料破坏后研究 GeoHohai 17/74 主要内容 ? ? ? ? ? ?

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