离散单元程序UDEC3DEC 工程案例集
如何运用UDEC创建裂隙岩体水力学模型-水力学论文-水利工程论文-水利论文
如何运用UDEC创建裂隙岩体水力学模型-水力学论文-水利工程论文-水利论文——文章均为WORD文档，下载后可直接编辑使用亦可打印——1、引言库岸边坡常因库水位变动而失稳，尤其是岩石里面的节理裂隙，由于水在裂隙中流动，影响岩石的各种特性，控制着岩体的变性破坏特征。
本文简单论述一下如何运用UDEC建立斜坡离散裂隙网络数值模拟计算模型，可以更加正确的反映岩石内部的结构和构造。
从而可以帮助我们揭示一些裂隙岩体边坡在各种水的作用下的下变形机制，为一些岩质边坡的防治提供科学的理论依据。
2、离散单元法的基本原理离散单元法是1970年由Cundall首次提出的，于1986年由王永嘉引入我国，是专门针对不连续介质问题提出的数值模拟解决方法，它对于边坡稳定性的研究是将所研究的边坡岩土体划分为一个个小块，通过每一个小块间的相互作用，以及力与位移的相互作用建立方程。
通过一次次的迭代，配合所建立的平衡方程，使每一个小块都达到平衡状态。
由于离散单元法是通过计算块体之间的作用得到的结果，所以这种方法可以分析实际岩块间大位移的情况，而且可以详细的解析出岩体内部应力与应变的分布情况。
它还有一个重要特点，既其求解平衡方程是利用时间差分法。
因此该方法在实际工程中可以弥补有限元法的缺点，进而求解非均质和不连续体的大位移和大变形的问题。
2.1离散元程序UDECUDEC（Universal Distinct Element Code）是一款由ITASCA公司基于离散单元法原理开发并推广应用的二维的大型商用数值模拟软件。
UDEC对模拟节理化岩体材料介质在准静态及准动态荷载条件下的反应过程特别合适，它不但能够实现接触的模拟，而且可以自动侦测并识别新的接触产生，并模拟其力学行为。
UDEC数值分析程序是为一系列工程问题开发的专业求解工具，例如：它可以应用于地下结构、地震、矿山、核废料处理、能源等问题的研究。
2.2裂隙岩体离散裂隙网络介质模型研究岩石中有很多断层、节理、裂隙，统称为结构面，在岩石水力学中都称之为裂隙。
UDEC模拟
2560
1.74
1.25
1.8
2730
2.34
1.76
2.4
内摩擦角（˚）
41 37 35 33 27 41 37 35 27 33 35 41
5.2.3 对比方案及模拟步骤 为了研究采空区下坚硬顶板顶分层开采时，工作面的应力分布及覆岩运动规律，采
用 UDEC4.0 对神华宁煤汝箕沟煤矿 3213 工作面进行数值模拟，研究下煤层顶分层开采 活动对于采动应力分布的影响。主要研究下煤层采高、开采深度、煤层间距以及上部采 空区保护煤柱等因素对工作面附近煤体以及工作面上覆岩层的塑性区、垂直应力和采动 位移的分布情况进行分析。模拟方案如下：
2730
2.34
1.76
2.4
2620
1.93
1.45
Hale Waihona Puke 2.225601.74
1.25
1.8
2500
1.56
1.12
1.48
1350
1.05
0.65
1.2
2730
2.34
1.76
2.4
2620
1.93
1.45
2.2
2560
1.74
1.25
1.8
1350
1.05
0.65
1.2
2500
1.56
1.12
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5.3 采高对采空区下坚硬顶板顶分层开采覆岩运动的影响
5.3.1 采高 1m 时，采空区下坚硬顶板覆岩运动特征 在采深为 400m 的条件下，采高为 1m 时分别对采空区下部煤层采动引起的塑性区、
垂直应力和采动位移等覆岩运动参数的变化情况进行了详细的数值模拟计算，随着工作 面的不断推进，工作面在模拟开挖第 12 步（L=120m）时出现初次来压，之后在 160m、
第六章 离散单元法20131017修正
中国地质大学(武汉)工程学院工岩系 2013年5月
1.离散单元法介绍
岩土工程数值计算总体上可以分为两大类:一类是 基于连续介质力学理论的方法，如有限元法(FEM)和快 速拉格朗日法 (FLAC(1tasea，2002))等;另一类是不连 续介质力学的方法，如离散元法 UDEC(1tasca，2000)、 3DEC(Itasea，1998)、PFC(Itasea，2002)和块体理论 DDA(石根华，1988)等。 所谓离散，并不是主观上要求把连续材料离散化， 成为散体集合体。而是在连续介质力学方法基础上， 引入接触（contact）的概念，把接触作为连续体（完 整岩块block）之间的边界，采用连续力学方法描述连 续体、采用非连续力学方法描述接触的力学行为。简 单的说，即是认为介质是由连续的块体和非连续的结 构面组成的集合体，它们各自服从不同的连续与不连 续力学理论，共同控制岩体的基本特性。
UDEC块体本构模型
模 型 代表性材料 空 洞 应用实例 钻 孔、开 挖、待回填的空区等 荷载低于极限强度的人造材料（即钢铁），安全 系数计算 开挖模型 弹性模型
均质、各向同性、连续、线性
D－P塑性模型 M－C塑性模型
低摩擦角软粘土，应用范围有限
与有限元程序比较的通用模型
松散和粘结颗粒材料，土、岩石和 一般土或岩石力学问题（即边坡稳定性和地下 混凝土 开挖）
4 . UDEC基本运动方程解法
UDEC solves the full dynamic equations of motion even for quasi-static problems. This has advantages for problems that involve physical instability, such as collapse. To model the “static” response of a system, a relaxation scheme is used in which damping absorbs kinetic energy. This approach can model collapse problems in a more realistic and efficient manner than other schemes, e.g., matrix-solution methods.
udec数值方法
5. 有平面-应变、平面-应力及轴对称三种问题模型。
6. 具有用来描述岩石-结构相互作用的结构单元模型，如锚
剪切力：由于块体所受的剪切力与块体运动和加载的历史或
路径有关，所以对于剪切力要用增量△Ft来表示。设两块体
之间的相对位移为δt，则：Ft=Ktδt, Kt为切向刚度系数， δt为两块体之间的相对位移。
破坏条件：法向力和切向力所表示的力与位移关系 为弹性，但在某些情况下弹性关系是不成立的，需
要考虑破坏条件。如当岩块受到张力分离时，作用
t t
时刻
Fn (t t ) Fn (t ) Fn (t ) Ft (t t ) Ft (t ) Ft (t )
对于块体间不允许出现拉力，故
Fn 0
对于剪切力，其稳定状态有库仑-莫尔定量：
Ft Ft
式中
max
Fn tan j c j
Ft Fn tan Ft max
该模型的力与位移关系分别如下图所示：
（a）法向力与法向位移
（b）切向力与切向位移
刚度系数的确定：对于如图所示的两个接触块体，其 长度和宽度分别为a、b，弹性常数为E、μ。可得其法 向刚度系数为：
E K n n
2
S b 设块体厚度为 1个单位，则 Sa
二维和三维的离散元程序UDEC和3DEC。我国有2D-BLOCK和
3D-BLOCK。
应用领域：边坡、巷道与采场、地下开采、地震、爆炸、核废 料储存、散体介质运动、断裂、地下水渗流、热传导等。
UDEC中文指导说明
通用离散元用户指导（U D E C 3.1）2004.9目录1 引言 (1)1.1 总论 (1)1.2 与其他方法的比较 (2)1.3 一般特性 (2)1.4 应用领域 (3)2 开始启动 (4)2.1 安装和启动程序 (4)2.1.7 内存赋值 (4)2.1.9 运行UDEC (5)2.1.10 安装测试程序 (5)2.2 简单演示－通用命令的应用 (5)2.3 概念与术语 (6)2.4 UDEC模型：初始块体的划分 (8)2.5 命令语法 (9)2.6 UDEC应用基础 (10)2.6.1 块体划分 (10)2.6.2 指定材料模型 (16)2.6.2.1 块体模型 (16)2.6.2.2 节理模型 (17)2.6.3 施加边界条件和初始条件 (19)2.6.4 迭代为初始平衡 (21)2.6.5 进行改变和分析 (24)2.6.6 保存或恢复计算状态 (25)2.6.7 简单分析的总结 (25)2.8 系统单位 (26)3 用UDEC求解问题 (27)3.1 一般性研究 (27)3.1.1 第1步：定义分析模型的对象 (28)3.1.2 第2步：产生物理系统的概念图形 (28)3.1.3 第3步：建造和运行简单的理想模型 (28)3.1.4 第4步：综合特定问题的数据 (29)3.1.5 第5步：准备一系列详细的运行模型 (29)3.1.6 第6步：进行模型计算 (29)3.1.7 第7步：提供结果和解释 (30)3.2 产生模型 (30)3.2.1 确定UDEC模型合适的计算范围 (30)3.2.2 产生节理 (32)3.2.2.1 统计节理组生成器 (32)3.2.2.2 VORONOI多边形生成器 (34)3.2.2.3 例子 (34)3.2.3 产生内部边界形状 (35)3.3 变形块体和刚体的选择 (38)3.4 边界条件 (42)3.4.1 应力边界 (42)3.4.1.1 施加应力梯度 (43)3.4.1.2 改变边界应力 (44)3.4.1.3 打印和绘图 (44)3.4.1.4 提示和建议 (45)3.4.2 位移边界 (46)3.4.3 真实边界－选择合理类型 (46)3.4.4 人工边界 (46)3.4.4.1 对称轴 (46)3.4.4.2 截取边界 (46)3.4.4.3 边界元边界 (49)3.5 初始条件 (50)3.5.1 在均匀介质中的均匀应力：无重力 (50)3.5.2 无节理介质中具有梯度变化的应力：均匀材料 (51)3.5.3 无节理介质中具有梯度变化的应力：非均匀材料 (51)3.5.4 具有非均匀单元的密实模型 (52)3.5.5 随模型变化的初始应力 (53)3.5.6 节理化介质的应力 (54)3.5.7 绘制应力等值线图 (55)3.6 加载与施工模拟 (57)3.7 选择本构模型 (62)3.7.1 变形块体材料模型 (63)3.7.2 节理材料模型 (64)3.7.3 合理模型的选择 (65)3.8 材料性质 (71)3.8.1 岩块性质 (71)3.8.1.1 质量密度 (71)3.8.1.2 基本变形性质 (71)3.8.1.3 基本强度性质 (72)3.8.1.4 峰后效应 (73)3.8.1.5 现场性质参数的外延 (77)3.8.2 节理性质 (80)3.9 提示和建议 (81)3.9.1 节理几何形状的选择 (81)3.9.2 设计模型 (81)3.9.3 检查模型运行时间 (82)3.9.4 对允许时间的影响 (82)3.9.5 单元密度的考虑 (83)3.9.6 检查模型响应 (83)3.9.7 检查块体接触 (83)3.9.8 应用体积模量和剪切模量 (83)3.9.9 选择阻尼 (84)3.9.10 给块体和节理模型指定模型和赋值 (84)3.9.11 避免圆角误差 (85)3.9.12 接触嵌入 (85)3.9.13 非联结块体 (86)3.9.14 初始化变量 (86)3.9.15 确定坍塌荷载 (86)3.9.16 确定安全系数 (86)3.10 解释 (88)3.10.1 不平衡力 (88)3.10.2 块体/网格结点的速度 (88)3.10.3 块体破坏的塑性指标 (89)3.11 模拟方法 (89)3.11.1 有限数据系统模拟 (89)3.11.2 混沌系统的模拟 (90)3.11.3 局部化、物理的不稳定性和应力路径 (91)1 引言1.1 总论通用离散元程序（UDEC，Universal Distinct Element Code）是一个处理不连续介质的二维离散元程序。
离散事件系统仿真技术与实例
离散事件系统仿真技术与实例概述离散事件系统仿真是一种模拟离散事件的技术，通过模拟系统中的事件和它们之间的相互作用来分析和优化系统的性能。
在实际应用中，离散事件系统仿真可以用于评估不同策略的效果，预测系统的行为，甚至设计新的系统。
本文将介绍离散事件系统仿真的基本原理和常用方法，并通过实例进行演示，帮助读者深入了解该主题。
离散事件系统仿真的基本原理离散事件系统仿真基于以下几个基本原理进行模拟：1. 离散事件离散事件是指在系统中发生的具体事件，它们可以是系统内部的操作，也可以是外部的输入。
离散事件系统通过跟踪和处理这些事件来模拟系统的运行过程。
2. 事件驱动仿真离散事件系统仿真是一种事件驱动的仿真方法。
系统在仿真过程中，根据当前的状态和已经发生的事件，确定下一个要处理的事件，并执行相应的操作。
这种方法可以更加准确地模拟实际系统的行为。
3. 随机性离散事件系统仿真通常包含一定的随机性。
系统中的事件往往是基于概率模型，具有一定的随机性。
这使得仿真结果更加真实，能够反映系统在不同条件下的不确定性和变化性。
4. 时间推进离散事件系统仿真通过推进时间来模拟系统的运行。
仿真过程中，系统的时间可以是离散的，也可以是连续的。
根据实际系统的特点，选择合适的时间推进策略对系统进行仿真。
离散事件系统仿真的方法和工具1. 事件扩展Petri网方法事件扩展Petri网是一种常用的离散事件系统仿真方法。
它将Petri网模型与离散事件模型结合起来，能够较好地描述事件之间的相互作用和系统的行为变化。
2. Agent-based仿真方法Agent-based仿真是另一种常用的离散事件系统仿真方法。
它将系统的各个组成部分建模为独立的智能体，并模拟它们之间的相互作用和决策过程。
Agent-based仿真在复杂系统的建模和分析中具有较好的灵活性和可扩展性。
3. 常用工具在离散事件系统仿真中，有许多常用的工具可供选择。
例如，Arena是一款功能强大的商业仿真软件，提供了丰富的建模和分析功能。
UDEC3DEC
UDEC/3DEC系列——高级非连续力学分析程序UDEC和3DEC针对岩体不连续问题开发，模拟非连续介质在静/动态荷载作用下的反应、包括块体间的完全脱离。
UDEC和3DEC采用显式差分方法求解，实现对物理非稳定问题的稳定求解，可以追踪记录破坏过程和模拟结构的大范围破坏。
UDEC/3DEC是帮助采矿和岩土工程师进行分析和设计高级非连续介质程序。
UDEC 和3DEC可以模拟节理岩体介质在准静态或动态荷载作用下的反应。
不仅可以模拟接触的脱离，也可以侦察新接触的产生和模拟新产生的接触的力学行为。
UDEC和3DEC可以在所有的windows环境下安装运行，利用标准输出窗口（如记事本）进行命令流操作。
多种材料模型，全动态能力和快速高分辨率图形能力方便建模进程。
包括动画电影在内的多种图形捕捉和输出功能，用户可以利用内置FISH语言而最大程度地控制模型运行。
UDEC和3DEC已经在工程、咨询、教学和研究中应用了近二十年，用户遍布世界30多个国家。
应用领域包括涵盖采矿、土木、石油、和废料隔离等，是非连续岩石力学与结构问题的首选分析程序。
UDEC&3DEC的基本特征：∙用多边形或多面体的块体组合模拟非连续介质体，其中的块体可以是刚体或也可以是变形体，块体之间的接触面可以发生滑移甚至完全的脱开，块体之间可以发生新的接触；∙接触面沿法向和切向的运动由线性和非线性力-位移关系控制；∙材料模型包括弹性、各向异性、莫尔库仑、Drucker-Prager、双线性塑性、应变软化、蠕变等，用户可以自定义介质的本构关系；∙动力学和热力学模块帮助实现对动力和热力学问题的模拟，吸收边界反射波和进行波输入的处理方式实现完全动力学分析；∙可以实现分步开挖、分步回填（浇筑）、分步加固的施工过程完全仿真模拟；∙矿体∙提供广泛的工具进行屏幕输出，包括：观看节理结构（与块体结构隔离）的浏览工具、在接触面绘制矢量和等值线；可以对高分辨率屏幕图像和绘图单元进行互动操作，用多种工业标准格式进行图形输出，电影浏览工具可进行动画显示；∙内置前处理工具包括AutoCAD前处理器、隧道生成器、基于统计的节理组生成器；∙用内/外区域耦合和自动径向分级网格生成来模拟”无限域”问题；∙地下水可以处理成裂隙水或孔隙水、静态或流态（UDEC）形式；∙结构加固单元包括锚杆、锚索、梁、衬砌UDEC&3DEC的功能优势：∙非连续介质材料被处理成凸多边形（UDEC）或四面体（3DEC）的集合体，块体可以是可变行体，也可以是刚体∙不连续面被处理成块体之间的接触边界∙块体沿不连续面的运动在法向和切向服从线性或非线性的力－位移关系∙材料模型包括：线弹性、各向异性、Mohr-Coulomb、Drucker- Prager、双线性塑性、应变软化、流变、用户自定义∙“空（Null）”材料块用于模拟开挖回填过程∙有效应力和孔隙水力坡度计算∙结构面渗流、渗流—应力偶合计算∙结构单元逻辑描述了:o结构面的局部加固（只加固结构面）；o cable单元可以模拟沿锚固体全长范围内的剪切作用；o表面加固如喷射混凝土和衬砌∙广泛的屏幕显示和输出功能:o单独显示节理等结构面o结构面计算结果的矢量和等值线绘制；o高清晰度的屏幕交互操作功能；o符合工业标准的图形输出方式∙3DEC 的预处理器可以直接读取AutoCAD文件、转化成3DEC数据文件生成四面体；∙隧道生成器、统计分布节理生成器、电影播放器等内置功能满足不同需要∙利用内外域偶合功能模拟无限域问题∙系统的真时间历程瞬时动力响应模拟∙内置热源的热和热力学问题模拟∙衬砌单元逻辑和有限元块体使得3DEC可以模拟易弯曲的薄型结构∙用户可以C++编写自己的本构模型作用程序的动态链接库（DLL）被调用。
离散元课件
转动方程：
转动方程可以表示为
dωi Ii Ti dt j 1
式中，I i 与ωi 分别为颗粒 i 的转动惯量与角速度，对于 球形颗粒 I i为
ki
2 I i mi Ri2 5
二 基本原理-球形颗粒元离散元法
接触模型
综述：
关于接触力的计算模型已有大量的研究成果，目前仍旧是 一个活跃的研究领域，特别是对于切向力的计算方法。
二 基本原理
离散化模型
图1 颗粒元与块体元示意图
二 基本原理-球形颗粒元离散元法
俞 缙
bugyu0717@
华侨大学岩土工程研究所
二 基本原理
根据离散化模型中所采用的单元种类分别介绍离 散元法的基本原理：
颗粒元
• 二维圆盘单元 • 三维圆球单元
块体元
• 多边形单元 • 多面体单元
对于理想散体颗粒（无粘连）：采用 Hertz 理论描述法向作用，而采 用Mindlin与Deresiewicz理论描述切向作用； 对于存在粘连的散体颗粒：法向接触力根据在 Hertz 理论基础上考虑 粘连力的JKR（Johnson-Kendall-Roberts）理论确定，切向接触力增量 则根据把 Savkoor 和 Briggs 理论与 Mindlin 和 Deresiewicz理论相结合形 成的理论确定。
1988 年 Cundall 所在的 ITASCA 咨询公司推出针对三维块体元的 3DEC程序。至此，离散元的理论体系基本形成。
一 历史由来及研究现状
早期的离散单元法
Cundall称之为“Distinct Element Method”，随着该方法的推广， 有的学者称其为“ Discrete Element Method” ，缩写形式均为 DEM。 最初，离散元的研究对象主要是岩石等非连续介质的力学行为， 它的基本思想是把不连续体分离为刚性元素的集合，使各个刚性 元素满足运动方程，用时步迭代的方法求解各刚性元素的运动方 程，继而求得不连续体的整体运动形态。离散元法允许单元间的 相对运动，不一定要满足位移连续和变形谐调条件，计算速度快， 所需存储空间小，尤其适合求解大位移和非线性问题。
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序 言针对岩土体问题开发的Itasca数值计算软件FLAC/FLAC3D、UDEC/3DEC、PFC2D/PFC3D无疑赢得了国际范围内最广泛的首肯，已经成为全世界范围内岩土体领域覆盖面最广、用户最多的软件产品，在科学研究和生产实践环节越来越发挥重要的作用。
Itasca软件的开发最早要追溯到1971年Peter Cundall院士提出离散元的概念，80年代初，Itasca推出的第一款商业化数值计算软件为UDEC，此后才陆续发展了其他数值计算软件。
作为一家以解决超常规工程问题为主的高端技术咨询机构，遍布世界五大洲共12个国家的Itasca咨询专家和工程师也是Itasca软件最忠实的用户，在几十年日复一日地应用这些软件解决复杂现实工程问题的同时，也在应用环节积累了独到的心得和体会，成为Itasca标志性技术特长之一。
相对于FLAC/FLAC3D而言，中国岩土工程界或许对非连续方法程序UDEC/3DEC、以及PFC2D/PFC3D的认识还不是很深入，学术界对非连续方法的成熟性可能还存在一些疑虑。
事实上，自80年代起，Itasca专家已越来越广泛地采用非连续方法程序解决复杂的实际工程问题。
鉴于这种情况，我们汇总了UDEC/3DEC的一些应用实例，分别从模型几何构建、计算策略、特定专题、成果解译等几个环节比较系统地介绍了在Itasca内部完成的一些成果。
其中的大多数实例来自中国，也出自Itasca中国公司技术人员之手，更贴近中国现实地介绍一些具有世界水平的应用成果。
实现数值计算工程应用是已经存在的客观现实，实现数值计算工程应用需要丰富的积累，理解并合理选择程序就是基础性环节之一。
我们希望这些实例介绍能帮助数值计算人员更全面地认识UDEC/3DEC程序，更希望通过更合理地选择和运用程序促进数值计算工程应用整体水平的提高。
编者：朱焕春、孟国涛几何篇之案例一：地下工程规则几何形态的模拟问题的提出:水电站、交通、地下实验场等领域的生产和科研工作中地下建筑物的特点是形态规则但结构复杂，对这些规则且形态复杂地下结构洞室群的模拟是数值计算的基础。
解决方案：在领悟3DEC中少数几个命令（如POLY、JSET）以后，建模工作即形同搭积木游戏一般充满乐趣和挑战性，几乎完全依赖于建模人员的把握。
实例一：大型复杂地下厂房洞室群形态的精确模拟（孟国涛，2008）图1为9机9洞从左到右包括引水洞群、发电厂房、母线洞、主变室、尾水调压室、和尾水洞的3DEC模型。
图1：大型地下厂房洞室群的精确模拟精度：与设计形态的最大误差控制在0.05m以内，完全满足岩体工程数值计算对几何尺寸的精度要求。
效率：建立该模型的实际耗时为24小时，即3个工作日。
技术关键点：1）建模思路：分块拼装是效率、精度、整洁的基本保证；2）利用FISH重复规则部分和相似部分，可极大地提高效率。
实例二：两个大型复杂地下厂房洞室群形态的精确模拟（朱焕春，2005）某水电站布置两个邻近的地下厂房洞室群，设计中除需要研究地下厂房开挖的稳定性以外，还需要保证两个厂房洞室群之间不存在干扰，即一个模型需要同时包括两个地下厂房。
图2：一个3DEC模型中准确模拟两个地下厂房洞室群及岩体断层采用与实例一相同的建模思路和技巧建立的模型如图2所示，与实例一不一致地，本例中隐藏建筑物而显示了建筑物周边的围岩、以及围岩中发育的断层和长大结构面。
技术关键：保证模型精度条件下最大限度地保持模型清晰整洁，对3DEC建模技术的灵活把握能力是关键。
完成该模型的实际耗时：4天，即32小时。
几何篇之案例二：复杂地表形态的模拟问题的提出：目前中国西部水电站建设中普遍遇到大型自然高边坡的稳定问题，边坡高度可以达到千米的量级，且形态复杂，而边坡稳定性分析中需要特别突出边坡地形形态特征。
解决途径：利用3DEC强大且灵活的前处理手段、视问题的具体特点确定不同的建模思路，突出问题。
从某个角度上讲，建模并不是简单地对几何形态的再现，而是根据研究目的采取最有效的手段把握问题的主要方面。
实例一：自然边坡凸起山梁的模拟（李浩，2005）工程背景：某深切河谷自然岸坡形态复杂，边坡面上凸起的山梁稳定性成为工程建设中关心的重点问题之一，需要展开专门的研究工作。
图3：复杂山梁形态的模拟解决途径：采用3DEC建立的模型如图3所示，该模型长宽均达到3km以上的量级，中间部位包括了研究区域的山梁形态，这一部分采用PGen建模，而外围在Outbox基础上改造而成，提高建模工作效率。
效率：该模型的实际耗时为3天，即24小时。
实例二：结构面控制型边坡的稳定分析（朱焕春，2008）工程背景：某自然边坡由相对坚硬的火山岩组成，定位的缓倾结构面对边坡稳定起控制作用，边坡具体的破坏模式如整体滑移或解体、以及潜在解体破坏的区域范围与边坡体内随机结构面的响应密切相关，成为研究重点之一。
图4：在模拟主要定位结构面基础上体现随机结构面作用的边坡模型解决途径：采用3DEC建立的模型如图4所示，由于缺乏现场结构面统计分布特征，建模时采取了一种新的思路：即给出非常随机的节理分布，研究大型定位结构面变形时不同方位节理的响应方式和程度。
实际操作中直接利用地表三角网模型采用FISH建模，保证了主要区域节理发育密度，更好地实现计算目标。
模型中包含足够多的节理以后，控制性大规模结构面的滑动变形导致其上部岩体中节理的变形方式（张开、剪切）和影响区域可以得到反映，实现研究目的。
效率：编写和完成FISH、利用FISH完成模型的实际耗时约1小时，修改和重新建立模型仅耗时数分钟。
实例三：复杂自然边坡的开挖模拟（朱焕春，2009）工程背景：因工程边坡在复杂的高陡自然变形基础上开挖而成，工程边坡的变形受到自然边坡和开挖边坡形态等几何因素的影响，研究工作需要比较准确地模拟自然和人工边坡的形态特征，从而准确地反映开挖过程中的荷载变化和主要结构面临空条件的变化。
图5：复杂自然地表和开挖面形态边坡的模拟解决途径：采用3DEC建立的模型如图5所示，最重要的工作是根据问题的特点确定建模思路。
实际工作中以PGen为基础采用了三种不同方式组合建模的方式。
图5左表示了自然边坡形态和待开挖区域形态，右图则显示了开挖到一定程度以后人工边坡的形态，断层组合块体在开挖边坡上的出露状态得到了良好反映。
关键技术：确定模型需要反映的重点内容和根据这些重点确定建模思路是最关键的环节，也是建立复杂模型时需要遵守的原则。
效率：在确定工作思路以后，从AutoCAD图形到建立3DEC模型的总耗时为3个工作日。
几何篇之案例三：地表和地下结合复杂形态的模拟问题的提出：水电工程中进水口建筑物包括自然边坡、开挖边坡、引水洞、引水闸室等，涉及地表和地下两个部分，复杂程度高。
矿山开采中经常遇到地表转地下的问题，这涉及到同时对地表露天边坡和地下采场几何形态的模拟，更复杂地，一些矿山历史上曾进行过局部矿体开采，在边坡体内留下很多采空区。
解决方案：往往以3DEC全三维图形建模工具PGen为基本工具，根据问题的具体特点结合3DEC命令流建模方式。
实例一：水电站进水口边坡和建筑物的模拟（朱焕春，2006）工程背景：某水电站进水口布置在陡峭的河谷岸坡坡下部，工程建设需要对自然边坡坡脚进行开挖，同时在坡体内部还将进行引水洞和闸门井开挖，在自然边坡的敏感地带进行的表面和地下开挖是工程设计中关心的问题之一，研究工作需要同时考虑自然边坡、地表和地下开挖形成的几何形态。
关键技术：以3DEC建模模块PGen为基本手段，与3DEC命令流结合的方式建模。
建模过程中采取了多种技巧，保证模型的简捷，体现了对程序的驾驭能力。
实际耗时：3天图6：复杂自然地表和地下建筑物结合的模拟实例二：含大量局部采空区的地表转地下开采（李浩，2008） 工程背景：某矿山工程历史上先完成了露天开采，由于市场价格原因，历史上对边坡内80余处小型高品位矿脉进行了开采，形成大量的采空区。
随着近年来国际上矿石价格的走高，工程中需要进行论证矿体全面回采的方案，而历史采空区对开采安全的影响显然尤为重要，建立复杂的数值计算模型是数值论证的基础。
关键技术：这或许是世界上迄今为止几何形态最复杂的3DEC 模型（图 7），模型不仅需要考虑以前开采的露天边坡形态，还需要考虑遍布边坡体内零星开采的采空区、以及未来开采的规划方案，几何复杂性直接决定了计算稳定性，因此，对3DEC 的高度理解和驾驭能力成为关键，从某种程度上讲，建模过程中采取的每一个操作都需要考虑到其岩石力学意义和对计算可能造成的影响，建模过程展现了“行家出手”的风范。
实际耗时：10天Faults F1F2F3F5Mined stopes Mined underground stope s F5F3F4F2F1d Model 4Model 1Model 2Model 3图 7：复杂大型矿坑边坡和地下开采结合的模拟分析篇之案例一：连续非线性分析问题的提出：深埋地下工程围岩非线性特征往往非常突出，是一些数值分析中需要考虑的核心，此时如果使用UDEC和/或3DEC软件时，需要特别强调对岩体非线性的模拟能力。
实例一：某深埋隧洞贯通前岩爆预测（朱焕春，2008）工程背景：某相向掘进的深埋隧洞在超过2200m埋深部位实现贯通，贯通前两个掌子面不断逼近时若出现明显的高应力叠加现象，则很可能使得围岩应力条件满足岩爆的应力准则，存在岩爆风险。
解决途径：采用3DEC、利用其连续非线性模拟功能正确反映深埋围岩屈服后的非线性力学特征，即应力—应变关系中的峰值后力学行为，它同样决定了屈服区范围大小和应力集中区的影响深度。
成果与验证：模拟了围岩屈服后非线性力学行为的计算成果如图8所示，当两个掌子面相距40—45m之间时出现明显的高应力叠加现象，结合其他判据做出了隧洞贯通前存在严重岩爆的预警，并制定了相应的强岩爆条件下施工作业技术要求，且要求在掌子面相距50m 时启用。
实践中采用了该作业要求，当掌子面相距40余米时，现场开始出现强烈岩爆。
图8：深埋隧洞岩体非线性决定的屈服区和应力集中3DEC计算结果实例二：深埋脆性围岩的V形破坏（朱永生，2009）工程背景：某脆性火山岩地区不同方位的勘探平洞中普遍存在高应力片帮破坏，破坏面形态呈V形，体现了完整脆性岩体高应力破坏特点。
研究工作采用了通过“数值复制”破坏现象来把握岩体非线性特征参数的思路，即首先获得对岩体“脆性”特征的力学描述。
直到几年前人们才根据加拿大URL对岩体脆性破坏CWFS（粘结弱化、摩擦强化）机理实现V形破坏的数值模拟，不过，建立在这种机理基础上数值模拟时采用的力学参数与历史经验认识相去甚远，目前还缺乏工程应用基础。
本次研究中对围岩峰值强度采用传统的经验值，注意了岩体非线性段描述过程中潜在的尺寸效应问题，获得的结果如图9所示。