基于FLAC3D的复合格栅加筋岸坡数值分析
FLAC3D在路基边坡稳定性分析中的应用

FLAC3D在路基边坡稳定性分析中的应用【摘要】Flac3D是岩土工程中广泛应用的软件,本文介绍了其基本原理和特点,如有限差分网格和有限差分方程的建立等,并应用Mohr-Coulomb本构模型对路基边坡进行了数值稳定性分析。
依据边坡位移变形和塑性区域的贯通情况对边坡稳定性进行了分析。
【关键词】Flac3D;边坡;稳定性分析;数值模拟1 FLAC3D的基本原理1.1拉格朗日法FLAC软件是美国Itasca咨询集团公司开发的专业岩土工程分析软件,其基本原理即是拉格朗日差分法。
利用节点位移连续的条件,对连续介质进行非线性大变形分析,可以模拟地应力场生成,边坡或地下工程的开挖、锚杆(锚索)设置、地下渗流等。
拉格朗日法源于流体力学,研究流体质点在任一时段内的运动轨迹、速度、压力等特征。
将其移植到固体力学中,把所研究的区域划分成网格,其结点相当于流体质点,然后按时步用拉格朗日法来研究网格结点的运动。
FLAC3D与有限元法相比,具有以下优点:(l)采用显式解析法不需要建立刚性矩阵,节省内存,提高了运算速度。
(2)采用离散法,正确地模拟了塑性破坏及塑性流动。
(3)能跟踪模型中任一点的历史,方便看出该点的应力、位移历程曲线。
1.2使用步骤(1)建立模型,产生网格,确定材料性质和边界条件。
(2)运行程序,建立原始平衡。
(3)根据实际工程情况改变模型的相关条件,重新运行程序达到新的平衡或出现某种形式的变形与破坏。
2 工程概况某一级公路路基设计宽度为30.0m,边坡设计坡度为1:1,路基土体分两层,基层为中硬粘土,层厚为30m;填筑中细砂土,并经压实,层厚25m,路基底部宽90m,模型见图l。
经室内土工试验测定,各土层的物理力学性质见表1。
其中体积模量K 和剪切模量G分别按式(1)、(2)计算:3 数值计算模型3.1数值建模根据实际工程情况和地层分布,数值分析模型在FLAC3D环境下完成。
为减少计算时间,取路基宽度的1/2进行建模。
土工格栅加筋挡墙的数值模拟与分析

三维快速拉格朗日分析( FLAC3D) 是近年来逐步成 熟完善起来的一种基于三维显式有限差分法的新型数 值分析方法。它的基本原理类似于离散元法, 但它克服
收稿日期: 2005- 10- 14 作者简介: 刘 军( 1976- ) , 男, 硕士研究生.
了离散元法的缺陷, 吸取了有限元法适用于各种材料 的三维力学行为。同时, 在计算中采用“混合离散化”技 术和拉格朗日分析, 可以准确地模拟材料的屈服、塑性 流动、软化直至大变形。因此, 本文运用美国 ITASCA 咨 询 集 团 公 司 的 FLAC3D 有 限 差 分 程 序 对 土 工 格 栅 加 筋 硬面挡墙进行数值模拟分析。
中图分类号: TV339 文献标识码: B
文章编号: 1004- 4701(2006)01- 0028- 04
0 前言
加筋挡墙 结 构 是 由 填 土 、拉 筋 和 面 板 三 者 结 合 而 成的一种新型复合支挡结构。这种结构的特点是将某 些形式的拉筋埋在填土中, 依靠它们与填土的相互作 用来平衡土压力, 因此它对地基的适应性和承受变形 的能力较强。随着土工合成材料工业的发展, 20 世纪 70 年代以后出现了多种非金属筋材。土工格栅作为一 种新兴的土工合成材料, 具有高强度、低延伸 率 、与 土 咬合力强、耐久性好、不易蠕变等优点, 是一 种 理 想 的 加筋材料, 被广泛地应用于铁路、公路和港口的挡墙设 计上。
基于FLAC3D的路堑边坡稳定性分析

交通与土木工程河南科技Henan Science and Technology总第874期第3期2024年2月收稿日期:2023-07-20作者简介:罗贤欢(1998—),男,硕士生,研究方向:地质工程与地质灾害。
通信作者:吴琦(1967—),男,博士,教授,研究方向:地质工程与地质灾害。
基于FLAC 3D 的路堑边坡稳定性分析罗贤欢 吴 琦(华北水利水电大学,河南 郑州 450046)摘 要:【目的】道路切割坡体、暴雨和车辆荷载等条件会对路堑边坡的稳定性造成极大的影响。
本研究以辉县市上八里镇回龙村张沟边坡为例,根据边坡所处的环境特征,分析其在不同工况影响下的变形特征及稳定性,为边坡的防治提供依据。
【方法方法】使用FLAC 3D 软件对边坡进行数值模拟,研究边坡在天然和暴雨条件下的变形和稳定性,并调用FLAC 3D 内置的Fish 函数对路堑边坡坡前道路车辆产生的动荷载进行模拟,对动荷载下滑坡体内部的变形特征进行分析。
【结果】①边坡在天然和暴雨情况下的稳定性系数分别为1.9和1.186;②坡前公路动荷载峰值由1×105 N 增加为1×106 N 时,坡脚处水平最大应变值增大13.4%,后缘水平最大应变值增大13.2%。
【结论】暴雨降低了岩土体的强度,直接破坏了边坡的稳定性,坡前竖直方向动荷载增加了坡体水平方向剪切带的连续性,但其对坡体最大应变量造成的影响较小。
关键词:辉县市;路堑边坡;FLAC 3D ;动荷载;稳定性中图分类号:U416.1 文献标志码:A 文章编号:1003-5168(2024)03-0060-05DOI :10.19968/ki.hnkj.1003-5168.2024.03.012Stability Analysis of Cutting Slope Based on FLAC 3DLUO Xianhuan WU Qi(North China University of Water Resources and Electric Power, Zhengzhou 450046,China)Abstract: [Purposes ] The conditions of road cutting slope body, rainstorm and vehicle load have great in⁃fluence on the stability of cutting slope. In this study, zhanggou landslide in Huilong Village, Shangbali Town, Huixian City is taken as an example, to analyzes the deformation characteristics and stability of the landslide under the influence of different working conditions, so as to provide a basis for slope pre⁃vention. [Methods ] The FLAC 3D software was used to simulate the deformation and stability of the slopeunder natural and rainstorm conditions, and the FLAC 3D built-in Fish function was called to simulate thedynamic load generated by the road vehicles before the cutting slope, and the deformation characteristicsof the landslide body under the dynamic load were analyzed. [Findings ] ① The stability coefficient of the slope in natural and rainstorm conditions is 1.9 and 1.186 respectively; ②When the peak dynamic load of the anterior slope highway increases from 1×105 N to 1×106 N, the horizontal maximum strainvalue at the slope foot increases by 13.4%, and the horizontal maximum strain value at the posterior edge increases by 13.2%.[Conclusions ] The rainstorm reduces the strength of the rock and soil mass and di⁃rectly destroys the stability of the slope, and the vertical dynamic load before the slope increases the con⁃tinuity of the horizontal shear band, but the influence on the maximum stress variable of the slope body issmall.Keywords: Huixian city; cutting slope; FLAC 3D ; dynamic load; stability0 引言近年来,在极端天气及人类工程活动的影响下,地质灾害频发,滑坡灾害严重威胁人民的生命财产安全。
FLAC3D在滑坡数值分析及监测预警设计中的应用

1478地下空间与工程学报第2卷料达到屈服极限时的塑性流动现象。
由于FLAC3D采用了显示差分格式和混合离散技术,可以精确的模拟材料的屈服和塑性流动。
它的三维网格可以由用户根据所模拟物体的形状进行调整,网格由若干六面体单元组成,每个单元在指定的力和边界条件下遵循指定的线性或非线性本构关系,如果单元应力使得材料发生屈服或是塑性流动,单元网格可以在大变形的计算模式下发生很大的变形‘3|。
2八字门滑坡概况八字门滑坡为一土质古滑坡,滑坡分布高程139~280m,面积12万m2,滑坡体积400万m3。
滑坡体位于侵蚀构造中低山山前斜坡,地形上前凸中平后凹,以上陡下缓的连续斜坡形态兼具三级堆积平台地貌。
滑坡体内冲沟较发育,滑坡后壁高程250m,滑坡璧较陡,坡度40。
~60。
,其剖面形态呈凹槽状。
滑坡前缘为人长江河口附近的香溪河,河道较直,受三峡库区蓄水影响,目前水位已达139m,形成了水面宽阔的库区。
滑坡体簸箕状展布于岸坡坡脚,长380m,宽100~500m,厚10—35m。
滑体主要为结构松散的崩坡积、坡积物。
滑带在上部松散堆积层与下部基岩面间连续分布,滑带物质以粉质粘土含角砾为主,颜色较杂。
滑床基岩在139m蓄水位以上主要为侏罗系下统(J,)岩层,水位以下主要为三叠系中统(T2)岩层。
目前,八字门滑坡具有发生失稳的可能性。
滑坡变形影响因素:2.1三峡水库蓄水在三峡水库蓄水175m后,滑坡的滑体大部分将处于库水位以下,地下水位强烈上升;同时在库水位145~175m变化大幅度涨落期间,地下水产生的渗透动水压力,会加剧滑坡的整体失稳。
三峡水库蓄水后即库水位调节是影响八字门滑坡稳定的最重要因素。
2.2降雨连续的降雨易使滑坡体处于饱和状态,自重不断增加,地下水的下渗,由于滑面相对隔水,上层地下水在此集中。
使滑面的强度大大降低,有可能诱发滑坡失稳。
据调查近几年来,在连续暴雨之后,在滑体中前部多次发生小型的塌滑,在滑坡后缘和边界产生裂缝。
应用FLAC3D模拟分析输变电工程中的边坡稳定

应用FLAC3D模拟分析输变电工程中的边坡稳定摘要:近年来,我国电网工程发展迅速,输变电工程设计中应用FLAC3D (三维快速拉格朗日分析程序)模拟分析杆塔定位和变电站选址过程中遇到的边坡稳定问题,可帮助设计人员对边坡的稳定性作出快速有效的判断,以便及时避让或提前做好防治预案。
关键词:FLAC3D;输电线路;边坡稳定1 引言连续介质快速拉格朗日差分法(Fast Lagrangian Analysis of Continua,简写FLAC)是近年来发展起来的一种新型数值分析方法,它与通常的有限元法和边界元法的不同之处在于:前者是显式的方法,而后者则是隐式的。
显式差分法求解时未知数集中在方程式的一边,无须形成刚度矩阵,不用求解大型联立方程,因而占用内存少,便于微机求解较大的工程问题。
另外,由于该方法采用的是随流观察法,即研究每个流体质点随时间变化的情况,所以适合于解决非线性大变形问题,这一点恰好可以满足岩土工程中力学分析的需要。
2 FLAC3D的基本原理简介FLAC3D是美国Itasca公司开发的三维快速拉格朗日分析程序,该程序使用了如下三种计算方法[1]:(1)离散模型方法。
(2)有限差分方法。
(3)动态松弛方法。
(1) 空间导数的有限差分近似在快速拉格朗日分析中采用混合离散方法[2],即将区域离散为常应变六面体单元的集合体,而在计算过程中,又将每个六面体看作以六面体角点为角点的常应变四面体的集合体,应力、应变、节点不平衡力等变量均在四面体上进行计算,六面体单元的应力、应变取值为其内四面体的体积加权平均,六面体内四面体的应力应变第一不变量由该六面体内所有四面体的体积加权平均得到,然后重新得到四面体的应力、应变。
如图4.2所示一四面体,节点编号为1到4,第n面表示与节点n相对的面,设其内任一点的速率分量为vi,则可由高斯公式得:(1)图1四面体式中:V为四面体的体积;S为四面体的外表面;nj为外表面的单位法向向量分量。
用FLAC-3D进行土质高边坡稳定性分析

成,位移矢量偏转也不大,说明边坡均保持稳定,此 时相应的简化毕肖普法计算结果为Fs=1.265和
1.206,说明了模拟结果的合理。在求解的动态观察
过程中,发现形成一些零散的剪切屈服带,但随着求 解过程向平衡状态的逼近,又逐渐全部消失,这是由
于在开挖过程中,坡体的应力状态在不断地调整和 重新分布,原先由于剪力作用而形成的破坏和裂缝
参考文献(4条) 1.赵明阶;何光春 边坡工程处治技术 2003 2.沈珠江 计算土力学 1990 3.赵树得 土力学 2001 4.陈祖煜 土质边坡稳定性分析 2002
本文读者也读过(10条) 1. 严利娥 岩质高边坡稳定性评价研究——百色田林洞巴水电站左岸边坡稳定性评价研究[学位论文]2006 2. 李旭东 FLAC3D在边坡稳定性分析中的应用[期刊论文]-中国水运(下半月)2008,8(4) 3. 张利洁.黄正加.雷菁 FLAC-3D在边坡岩体稳定性分析中的应用[会议论文]-2005 4. 张磊.舒继森.彭竹.彭洪阁.陈树召 基于极限平衡理论的边坡稳定评价方法[期刊论文]-矿业安全与环保 2008,35(6) 5. 张奇华.杜俊慧.胡进华.ZHANG Qi-hua.DU Jun-hui.HU Jin-hua 某水电站右坝肩边坡岩体稳定性研究[期刊论文 ]-长江科学院院报2006,23(4) 6. 吴忠诚.汤连生.廖志强.刘晓纲.颜波 深基坑复合土钉墙支护FLAC-3D模拟及大型现场原位测试研究[会议论文]2006 7. 杨文峰.张明聚.吕琦.王诚浩.Yang Wenfeng.Zhang Mingju.Lv Qi.Wang Chenghao 基于FLAC 3D的土钉支护结构 地震稳定性分析[期刊论文]-三峡大学学报(自然科学版)2009,31(5) 8. 陈新泽 基于FLAC~(3D)预应力锚拉桩作用机制和加固效果研究[会议论文]-2009 9. 姜国庆.王荣斌 超深基坑支护开挖数值模拟研究[期刊论文]-科技资讯2008(28) 10. 谢斌.钟敏.陈广平.Xie Bin.Zhong Min.Chen Guangping 基于AutoCAD与FLAC的边坡稳定性分析[期刊论文]-岩 土工程技术2005,19(2)
浅析FLAC3D软件在边坡稳定性分析中的应用

浅析FLAC3D软件在边坡稳定性分析中的应用浅析FLAC3D软件在边坡稳定性分析中的应用摘要:随着科技的进步以及岩土工程的高速发展,分析边坡稳定性的软件或工具也在日益完善,尤其是FLAC3D软件。
本文主要介绍了FLAC3D软件的基本原理、使用步骤等,并举例进一步分析了该软件在实际运用中的方法,从而得知FLAC3D软件在分析边坡的稳定性模拟方面具有很大的优势。
关键词:FLAC3D软件边坡有限元稳定性1、基本概述这些年来由于边坡的稳定性问题而引发的地质灾害,给人类社会带来了极大的痛苦,为避免地质灾害的再次发生,边坡的稳定性研究已经成为地质单位共同关注的对象。
边坡的稳定性受诸多参数的影响,主要有路基中的结构面、夹层、夹层中填充物料等。
目前来看,边坡的稳定性分析方法有很多种,较为方便快捷的是极限平衡分析方法及有限元分析方法,前者方便快捷,后者在解决小变形这一块有较大的优越性,但是这两种分析方法均存在一定的局限性,并不能解决某些大变形方面,而采用FLAC3D软件分析边坡的稳定性可以很好的完成其它方法不能解决的问题。
2、FLAC3D软件2.1 基本原理FLAC3D是Fast Lagrangian Analysis of Continua in 3 Dimensions的缩写,该软件是由美国Itasca Consulting Group Inc.与明尼苏达大学联合创发的,该软件的基本原理即为拉格朗日有限差分法。
拉格朗日有限差分法结合了力学—数学的具体模型,经过实际考察与分析,便得到边坡稳定性变化的规律。
FLAC3D软件在模拟施工过程以及分析材料的弹塑性、大变形等领域占有很大的优势。
它能够很好的模拟六种不同本构关系的材料的三维力学现象,能够准确的模拟地应力场的变化、边坡或地下工程的施工、混凝土铺设、锚杆定位等。
2.2 与其它有限元法相比FLAC3D软件具有的优势FLAC3D软件与其它有限元相比最大的优势主要在于它能够更方便、准确的解决大变形的问题,以前在遇到大变形问题时通常会用有限元来解决,但这种解决方法相对来说较为繁杂。
基于FLAC3D的边坡稳定性分析与数值模拟

基于FLAC3D的边坡稳定性分析与数值模拟一、简介边坡稳定性分析在工程领域中有着重要的作用。
它涉及到建筑、交通、水利、矿山等各个领域。
对于一个边坡的稳定性分析,既可以通过经验式来求解,也可以使用数值模拟的方法来模拟。
不过经验式的只提供了一种极为近似的方法,它的不精确性会极大影响到工程的稳定性,因此本文将着重讨论与介绍基于FLAC3D的边坡稳定数值模拟。
二、FLAC3D介绍FLAC3D是三维有限差分数值模拟软件,它可以对不同地质结构进行分析,用于工程设计和施工中的不同步骤。
它不同于其他软件在于它的第一原则是保证“力学流变关系与物质本质无关”,也就是说它考虑了岩土材料的物性力学关系,基本上可以表示材料弹性、塑性和损伤行为。
三、FLAC3D边坡稳定性分析建模1.模型建立边坡建模过程中,首先需要进行数据输入。
包括边坡的空间坐标、地层的力学特性、边坡各部分的理论参数以及模拟的初始状态等。
其次,建立边坡的三维模型,并将其导入FLAC3D中,进行有限差分离散化有限元分析。
2.力学特征参数建立模型后,需要输入材料特性参数。
边坡材料类型、岩石力学特性参数、孔隙度等参数必须输入,以及整个模拟的潜在地震活动参数,还需要进行弹性模量、泊松比、拟合合金数量等参数的选取和计算。
3.模拟结果有限差分离散化分析后,在FLAC3D的图形用户界面上显示出边坡的应力、应变、位移、位移梯度、杆升沉和过程时间等参数。
这些参数可以分别被检测和评估,对于模拟结果的评估相当重要。
四、FLAC3D数值模拟的优势与不足1.优势一方面,FLAC3D基于真实岩体力学模型,同时考虑了地震影响对边坡稳定性的影响,模拟结果更加真实可靠。
另一方面,FLAC3D模拟具有可重复、精确、精细的特点,它捕捉到了许多实际难以测量或难以理解的复杂现象。
2.不足FLAC3D模拟过程需要输入大量的实验数据,并且计算量也比较大,所以对计算机的要求较高,模拟过程的时间和稳定性需要保持充分的考虑。
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式 护 岸新 型 结构 。本 文 采 用 F A D有 限 元 差 分 方 法 , L C3 分析 了复合 格 栅 加 筋岸 坡 的 整 体 稳 定 性 、 桩 承 台 的受 力和 低 变形 、 栅 加 筋 岸 坡 体 的 受 力 和 变位 。并 分 别对 岸 坡 加 筋 和 不 加 筋 作 了对 比 分 析 。得 出 复合 岸 坡 加 筋 后 , 台受 力 格 桩 状况改善、 变形 显 著 减 少 , 岸坡 的 变位 也 显 著减 小 。计 算 分 析 结 果 为 新 型 结 构 在 工 程 中的 应 用提 供 了依 据 , 可 为 也 类似工程参考。 关 键 词 : 合 格 栅 加 筋岸 坡 ; 限元 差 分 方 法 ; 值 分 析 ; 体 稳 定性 ; 形 复 有 数 整 变 引言 :
难 蔫 替 筋
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舞I 粘 结 墓 横 向 舔 度 舞} 性 壤: 嘻 攘 模囊 《 ; pa
尽 可 能 节 约 土 地 , 少 对 河 道 的 占用 , 少 对 环 境 的影 减 减 响 , 可 能 快 地 恢 复 生 态 环 境 , 时 要 尽 可 能 形 成 较 多 尽 同
的建设, 地 ,充分考虑 T程建设 的综合效益 。近2 年 } _ } j 0
来 , 重 庆 已 建 的 10 公 里 长 的 滨 江 路 工 程 中 , 对 在 0多 针
表 1 材 料 强 度 参 数
目前 , 针对界 面的接触 问题 已经有 了很 多的接触单
元 , od a单 元 、 ea薄 层 单 元 。本 文 采 用 F A 3  ̄G o m n D si L CD
程序 提供 的土T格 栅接 触单元 (egi) 模拟 土体 与 gor 来 d
格 栅 的 界 面 特 性 G or 单 元 的特 点 是 在 法 线 方 向上 egi d
在 河 岸 大 开 挖 对 河 道 带 来 很 大 影 响 的施 工方 法 也 不 能
上依次 为中风化 岩层 、 强风 化岩层 、 粘土层 和开 山土加
筋体 回填层 。 为中1 m 桩 . 嵌岩灌注桩 ,其 巾材料强度参 2 。
数如下表 1
构筑物或 ± 羼 密度 弹 性
撬 墨 E
kg/
坡 比1 1 两级陡坡问 留有4 f 马道 。坡 面采用有 防冲 :, ,l n ̄
刷 且 易 于 快 速恢 复 河 岸植 被 生 态 的 特 殊 坡 而 结 构 。 加
筋 体部分均 采用砂 卵订 同填 , 并分 层碾压密 实 , 按设计
要 求 及 其 他 T 程 现 场 检 测 ,相 对 密 实 度 均 存 9 %以 上 3 ( 型标 准 ) 重 。
市景观 、 节约 T程投 资 、 增大 程综合效 益等各项 目标 L
要求 。
对提 的上述新型 复合式加筋 土结构 ,结构 的受
力 和 变 形 计 算 ,现 有 的 规 范 并 未 给 相 应 的 现 成 计 算
与格栅表面 刚性连接 , 在切线方 向相 当于格栅 表面的弹 性滑块 。其具体数值 见下表2 :
【 专题研讨 】
基于F AC D的复合格栅 加筋 岸坡 数值 分析 L 3
李 雪 景 , 光 春 , 艳 萍 , 红 梅 何 齐 王 ( 庆西南水 运工程科研所 , 庆 40 1) 重 重 0 0 6
摘要: 为减 少环 境 影 响 和尽 快 恢 复 生 态环 境 , 某滨 江路 的护 岸 工 程 采 用 低 桩 承 台 +两 一 .  ̄ … …- 坡 的 复合 . u z陡 . z -
图 1 复 合 构 断 面 图
2 土 体 及 材 料 计 算 参 数 : 构 断 面 岩 土 体 从 下 到 . 岩 结
不同的建设要 求和建设 条件 ,滨 江路丁程 采用 了路 堤 式 和桥梁 型式 ,路堤护 岸T程 又分别采用 了衡重式 挡 墙、 空箱式挡墙 、 连拱挡墙 、 无底 肋锚扶壁 挡墙 、 筋土 加 挡墙 、加筋土 边坡 、抗滑桩 柱挡墙 等多种 支挡结构 型 式。加筋土挡墙和加筋土边坡对 于护岸T程 , 在技术先 进性 、 _ 1程经 济性 、施T 方便性 等方面具有 明显 的优 势 。 峡T程 蓄水后 , 原枯季低 水位情 况不复存 在 , 原
1
3 6
00 2 2 l . 13 o- 3 1 J 。2 6.5 1 4 5
再用 。鉴 于此 , 某段滨 江路T 程根据变 化的情况 , 按新 的建设要求 和建设 条件 ,提 出了采用低 桩承 台+两级 格栅加筋 陡坡 的复合 式护岸 的新型结构 型式 ,能 较好
地解决 T程 建 没的T期 、 道环境 保 护 、 态恢 复 、 河 生 城
双 桩 低 桩 承 台结 构 。两级 加 筋 陡坡 , 级 高 度 设 的发 展和需要 ,城市 防洪护 岸综合 整治下程建设项 目也越来越多 。三峡工程蓄水后 , 区 库 城市 建设 及经济 发展与 紧缺 的土地 资源 的矛 盾越来越
突 , 时 , 市 防 洪 护 岸 二 程 建 设 的 自然 环 境 条 件 也 同 城 r
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更加 复杂 , 人们 对T程建设 的生态恢 复 、 环境 与景观要 求也越来越 高。要解决这些矛盾 , 需要用新 的工 程建设
和工 程 设 计 理 念 来 研 究 新 的 结 构 和 提 H新 的 工 程 实 用 { 技术 。
城 镇防洪 的护 岸工 程按 新 的要 求 和设计 理念 , 应