隧道及地下工程flac解析方法.doc
FLAC数值模拟介绍
FLAC-3D(ThreeDimensionalFastLagrangianAnalysisofContinua)是美国ItascaConsultingGouplnc开发的三维快速拉格朗日分析程序,该程序能较好地模拟地质材料在达到强度极限或屈服极限时,发生的破坏或塑性流动的力学行为,特别适用于分析渐进破坏和失稳以及模拟大变形.FLAC3D分析的使用领域根据手册总结如下:(1)承受荷载能力与变形分析:用于边坡稳定和基础设计(2)渐进破坏与坍塌反演:用于硬岩采矿和隧道设计(3)断层构造的影响研究:用于采矿设计(4)施加于地质体锚索支护所提供的支护力研究:岩锚和土钉的设计(5)排水和不排水加载条件下全饱和流体流动和孔隙压力扩散研究:挡土墙结构的地下水流动,和土体固结研究(6)粘性材料的蠕变特性:用于碳酸钾盐矿设计(7)陡滑面地质结构的动态加载:用于地震工程和矿山岩爆研究(8)爆炸荷载和振动的动态响应:用于隧道开挖和采矿活动(9)结构的地震感应:用于土坝设计(10)由于温度诱发荷载所导致的变形和结构的不稳定(11)大变形材料分析:用于研究粮仓谷物流动和放矿的矿石流动10种材料本构模型Flac3D中为岩土工程问题的求解开发了特有的本构模型,总共包含了10种材料模型:(1)开挖模型null(2)3个弹性模型(各向同性,横观各向同性和正交各向同性弹性模型)(3)6个塑性模型(Drucker-Prager模型、Morh-Coulomb模型、应变硬化/软化模型、遍布节理模型、双线性应变硬化/软化遍布节理模型和修正的cam粘土模型).Flac3D网格中的每个区域可以给以不同的材料模型,并且还允许指定材料参数的统计分布和变化梯度.还包含了节理单元,也称为界面单元,能够模拟两种或多种材料界面不同材料性质的间断特性.节理允许发生滑动或分离,因此可以用来模拟岩体中的断层、节理或摩擦边界.FLAC3D中的网格生成器gen,通过匹配、连接由网格生成器生成局部网格,能够方便地生成所需要的三维结构网格.还可以自动产生交岔结构网格(比如说相交的巷道),三维网格由整体坐标系x,y,z系统所确定,这就提供了比较灵活的产生和定义三维空间参数.五种计算模式(l)静力模式:这是FLAC-3D默认模式,通过动态松弛方法得静态解.(2)动力模式:用户可以直接输人加速度、速度或应力波作为系统的边界条件或初始条件,边界可以固定边界和自由边界.动力计算可以与渗流问题相藕合.(3)蠕变模式:有五种蠕变本构模型可供选择以模拟材料的应力-应变-时间关系:Maxwell模型、双指数模型、参考蠕变模型、粘塑性模型、脆盐模型.(4)渗流模式:可以模拟地下水流、孔隙压力耗散以及可变形孔隙介质与其间的粘性流体的耦合.渗流服从各向同性达西定律,流体和孔隙介质均被看作可变形体.考虑非稳定流,将稳定流看作是非稳定流的特例.边界条件可以是固定孔隙压力或恒定流,可以模拟水源或深井.渗流计算可以与静力、动力或温度计算耦合,也可以单独计算.(5)温度模式:可以模拟材料中的瞬态热传导以及温度应力.温度计算可以与静力、动力或渗流计算藕合,也可单独计算.模拟多种结构形式(l)对于通常的岩体、土体或其他材料实体,用八节点六面体单元模拟.(2)FIAC-3D包含有四种结构单元:梁单元、锚单元、桩单元、壳单元.可用来模拟岩土工程中的人工结构如支护、衬砌、锚索、岩栓、土工织物、摩擦桩、板桩等.(3)FLAC-3D的网格中可以有界面,这种界面将计算网格分割为若干部分,界面两边的网格可以分离,也可以发生滑动,因此,界面可以模拟节理、断层或虚拟的物理边界.有多种边界条件边界方位可以任意变化,边界条件可以是速度边界、应力边界,单元内部可以给定初始应力,节点可以给定初始位移、速度等,还可以给定地下水位以计算有效应力、所有给定量都可以具有空间梯度分布.FLAC-3D内嵌语言FISHFLAC-3D具有强大内嵌语言FISH,使得用户可以定义新的变量或函数,以适应用户的特殊需要,例如,利用HSH做以下事情:(l)用户可以自定义材料的空间分布规律,如非线性分布等.(2)用户可以定义变量,追踪其变化规律并绘图表示或打印输出.(3)用户可以自己设计FLAC-3D内部没有的单元形态.(4)在数值试验中可以进行伺服控制.(5)用户可以指定特殊的边界条件.(6)自动进行参数分析(7)利用FLAC-3D内部定义的Fish变量或函数,用户可以获得计算过程中节点、单元参数,如坐标、位移、速度、材料参数、应力、应变、不平衡力等.FLAC-3D前后处理功能FLAC-3D具有强大的自动三维网格生成器,内部定义了多种单元形态,用户还可以利用FISH自定义单元形态,通过组合基本单元,可以生成非常复杂的三维网格,比如交叉隧洞等.在计算过程中的任何时刻用户都可以用高分辨率的彩色或灰度图或数据文件输出结果,以对结果进行实时分析,图形可以表示网格、结构以及有关变量的等值线图、矢量图、曲线图等,可以给出计算域的任意截面上的变量图或等直线图,计算域可以旋转以从不同的角度观测计算结果.FLAC3D计算分析一般步骤与大多数程序采用数据输入方式不同,FLAC采用的是命令驱动方式.命令字控制着程序的运行.在必要时,尤其是绘图,还可以启动FLAc用户交互式图形界面.为了建立FLAC计算模型,必须进行以下三个方面的工作:(1)有限差分网格(2)本构特性与材料性质(3)边界条件与初始条件完成上述工作后,可以获得模型的初始平衡状态,也就是模拟开挖前的原岩应力状态.然后,进行工程开挖或改变边界条件来进行工程的响应分析,类似于FLAC的显式有限差分程序的问题求解.与传统的隐式求解程序不同,FLAC采用一种显式的时间步来求解代数方程.进行一系列计算步后达到问题的解.在FLAC中,达到问题所需的计算步能够通过程序或用户加以控制,但是,用户必须确定计算步是否已经达到问题的最终的解.后处理(一)用tecplot绘制曲线(1)第一主应力(2)xdisp、ydisp、zdisp、disp(二)用excel做曲线隧道(1)做地表沉降槽(zdisp)(2)地表横向位移(xdisp)(3)隧道中线竖向沉降曲线(zdisp)(4)提取位移矢量图,(5)显示初期支护结构内力(6)显示state(找塑性区)基坑(1)做地表沉降槽(zdisp)(2)提取位移矢量图,(3)显示初期支护结构内力(4)显示state(找塑性区)边坡(1)做安全系数和应变图模型最优化用FLAC3D解决问题时,为了得到最有效的分析使模型最优化是很重要的.(1)检查模型运行时间:一个FLAC3D例子的运行时间是区域数的4/3倍.这个规则适用于平衡条件下的弹性问题.对于塑性问题,运行时间会有点改变,但是不会很大,但是如果发生塑性流动,这个时间将会大的多.对一个具体模型检查自己机子的计算速度很重要.一个简单的方法就是运行基准测试.然后基于区域数的改变,用这个速度评估具体模型的计算速度.(2)影响运行时间的因素:FLAC3D有时会需要较长时间才可以收敛主要发生在下列情况下:(a)材料本身刚度变异或材料与结构及接触面之间的刚度差异很大.(b)划分的区域尺寸相差很大.这些尺寸差异越大编码就越无效.在做详细分析前应该研究刚度差异的影响.例如,一个荷载作用下的刚性板,可以用一系列顶点固定的网格代替,并施以等速度.(记住FIX命令确定速度,而不是位移.)地下水的出现将使体积模量发生明显的增加(流体-固体相互作用).(3)考虑网格划分的密度:FLAC3D使用常应变单元.如果应力/应变曲线倾斜度比较高,那么你将需要许多区域来代表多变的分区.通过运行划分密度不同的同一个问题来检查影响.FLAC3D应用常应变区域,因为当用多的少节点单元与用比较少的多节点单元模拟塑性流动时相比更准确.应尽可能保持网格,尤其是重要区域网格的统一.避免长细比大于5:1的细长单元,并避免单元尺寸跳跃式变化(即应使用平滑的网格).应用GENERATE命令中的比率关键词,使细划分区域平滑过渡到粗划分区域.(4)自动发现平衡状态:默认情况下,当执行SOLVE命令时,系统将自动发现力的平衡.当模型中所有网格顶点中所有力的平均量级与其中最大的不平衡力的量级的比率小于1*10时,认为达到了平衡状态.注意一个网格顶点的力由内力(例如,由于重力)和外力(例如,由于所加的应力边界条件)共同引起.因为比率是没有尺寸的,所以对于有不同的单元体系的模型,在大多数情况下,不平衡力和所加力比率的限制给静力平衡提供了一个精确的限制.同时还提供了其他的比率限制;可以用SETratio命令施加.如果默认的比率限制不能为静力平衡提供一个足够精确的限制,那么应考虑可供选择的比率限制.默认的比率限制同样可用于热分析和流体分析的稳定状态求解.对于热分析,是对不平衡热流量和所加的热流量量级进行评估,而不是力.对于流体分析,对不平衡流度和所加流度量级进行评估.(5)考虑选择阻尼:对于静力分析,默认的阻尼是局部阻尼,对于消除大多数网格顶点的速度分量周期性为零时的动能很有效.这是因为质量的调节过程依赖于速度的改变.局部阻尼对于求解静力平衡是一个非常有效的计算法则且不会引入错误的阻尼力(见Cundall1987).如果在求解最后状态,重要区域的网格海域的速度分量不为零,那么说明默认的阻尼对于达到平衡状态是不够的.有另外一种形式的阻尼,叫组合阻尼,相比局部阻尼可以使稳定状态达到更好的收敛,这时网格将发生明显的刚性移动.例如,求解轴向荷载作用下桩的承载力或模拟蠕变时都可能发生.使用SETmechanicaldampcombined命令来调用组合阻尼.组合阻尼对于减小动能方面不如局部阻尼有效,所以应注意使系统的动力激发最小化.可以用SETmechanicaldamplocal命令转换到默认阻尼.(6)检查模型反应:FLAC3D显示了一个相试的物理系统是怎样变化的.做一个简单的试验证明你在做你认为你在做的事情.例如,如果荷载和实体在几何尺寸上都是对称的,当然反应也是对称的.改变了模型以后,执行几个时步(假如,5或10步),证明初始反应是正确的,并且发生的位置是正确的.对应力或位移的期望值做一个估计,与FLAC3D的输出结果作比较.如果你对模型施加了一个猛烈的冲击,你将会得到猛烈的反应.如果你对模型作了一些看起来不合理的事情,你一定要等待奇怪的结果.如果在分析的一个给定阶段,得到了意外值,那么回顾到这个阶段所用的时步.在进行模拟前很关键的是检查输出结果.例如,除了一个角点速度很大外,一切都很合理,那么在你理解原因前不要继续下去.这种情况下,你可能没有给定适当的网格边界.(7)初始化变量:在模拟基坑开挖过程时,在达到目的前通常要初始化网格顶点位移.因为计算次序法则不要求位移,所以可以初始化位移,这只是由网格顶点的速度决定,并有益于用户初始化速度却是一件难事.如果设定网格顶点的速度为一常数,那么这些点在设置否则前保持不变.所以,不要为了清除这些网格的速度而简单的初始化它们为零...这将影响模拟结果.然而,有时设定速度为零是有用的(例如,消除所有的动能).(8)最小化静力分析的瞬时效应:对于连续性静力分析,经过许多阶段逐步接近结果是很重要的...即,当问题条件突然改变时,通过最小化瞬时波的影响,使结果更加“静力”.使FLAC3D解决办法更加静态的方法有两种.(a)当突然发生一个变化时(例如,通过使区域值为零模拟开挖),设定强度性能为很高的值以得到静力平衡.然后为了确保不平衡力很低,设定性能为真实值,再计算,这样,由瞬时现象引起的失败就不会发生了.(b)当移动材料时,用FISH函数或表格记录来逐步减少荷载.(9)改变模型材料:FLAC3D对一个模拟中所用的材料数没有限制.这个准则已经尺寸化,允许用户在自己所用版本的FLAC3D中最大尺寸网格的每个区域(假如设定的)使用不同的材料.(10)运行在现场原位应力和重力作用下的问题:有很多问题在建模时需要考虑现场原位应力和重力的作用.这种问题的一个例子是深层矿业开挖:回填.此时大多数岩石受很高的原位应力区的影响(即,自重应力由于网孔尺寸的限制可以忽略不计),但是回填桩的放置使自重应力发展导致岩石在荷载作用下可能坍塌.在这些模拟中要注意的重点(因为任何一种模拟都有重力的作用)是网格的至少三个点在空间上应固定...否则,整个网格在重力作用下将转动.如果你曾经注意到整个网格在重力加速度矢量方向发生转动,那么你可能忘记在空间上固定网格了.FLAC3D主要适明模拟计算地质材料和岩土上程的力学行为。
FLAC在水平层状岩体隧道围岩稳定性分析中的应用
Ｃ ０¨ 利 混 箭 ｛ ２ 鼗
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Ｅ＝ ３ １Ｐ Ａ ｅ＝ ．６ ＝ ４ ｅ ａ ｒａ ０２ ｍ！ ｌ １ ６ ｅ３ ２ Ｏ ． ５ ．ｍ ｎ ４ ＝
Ｅ ５ １ ａ Ａｒａ ｍ ＝２ ９ ｅ ０Ｐ ｅ ０ ５ Ｉ １０ ｅ ２ １ ４２ ． ｎ
采 用接 触面单元 ，初始应 力仅考虑 自重应 力，隧 道初期支护考虑锚杆 、喷射混凝土 以 及钢拱架 的 作用 ，钢筋 网、纵 向连接筋 等对喷 射混凝 Ｌ力学性 质的贡献 作为安全
的相 关尺寸建立平面应变模型 ，计算模 的宽度为 １ ０ ，垂直 方向 ，仰拱 底部 ｍ ５ 往 取 ３ ｍ， ０ 而隧道 』 方按实际地形尺 寸。 ： 计 算Ⅱ‘ 所施加的边界约束 条件是 ：地表为 自由边界 ， 受任何约 束； 未 计算摸型的左右
钢拱架的作用则采用等效方法予 以考
虑 ，即将钢拱架弹性模量折算给喷射混凝 士 ，计算 公 式 为ｆ ： Ｅ：Ｅ ＋ ｏ ｝ ｇ
ｓ ｃ
（ ｎ
、
式 中 ：Ｅ 为 折算 后混 凝 土 的弹性 模
量 ；Ｅｏ为原混凝土 的弹性 模量 ；Ｓ ｇ为钢 拱 架 的截面 积 ；Ｅｇ为钢材 的弹性 模量 ； Ｓ ｃ为 混 凝 土 的 截 面 积 。 折算后 ，喷射混凝土的弹性模量取为 ２ ３ ａ ４． Ｇｐ ，其 余参数见表 ｌ 。 ２４ 施Ｊ过程的模拟 ． 二 施工 中左右洞均采用上下台阶分部开 挖方 法 ，先 开挖 洞 ，后开 挖右 洞 。根 据 实际施工步骤 ，计算 中把整个施工过程 图 ２ 隧道支护 断面 图 分为 ９步加 以仿真模拟分析 ：第 ０步 （ 初 始状 态 ） ・ ｌ （ 第 步 左洞开挖上台阶 ）一 第 ２步 （ 对左 洞上 台阶的开挖部分进行喷
《隧道及地下工程FLAC解析方法》全部命令流汇总..
第二章FLAC3D原理及入门指南2-1定义一个FISH函数newdef abcabc = 25 * 3 + 5Endprint abc2-2使用一个变量newdef abchh = 25abc = hh * 3 + 5EndPrint hhPrint abc2-3对变量和函数的理解newdef abchh = 25abc = hh * 3 + 5Endset abc=0 hh=0print hhprint abcprint hhnewdef abcabc = hh * 3 + 5endset hh=25print abcset abc=0 hh=0print hhprint abcprint hh2-4获取变量的历史记录newgen zone brick size 1 2 1model mohrprop shear=1e8 bulk=2e8 cohes=1e5 tens=1e10fix x y z range y -0.1 0.1apply yvel -1e-5 range y 1.9 2.1plot set rotation 0 0 45plot block groupdef get_adad1 = gp_near(0,2,0)ad2 = gp_near(1,2,0)ad3 = gp_near(0,2,1)ad4 = gp_near(1,2,1)endget_addef loadload=gp_yfunbal(ad1)+gp_yfunbal(ad2)+gp_yfunbal(ad3)+gp_yfunbal(ad4) endhist loadhist gp ydis 0,2,0step 1000plot his 1 vs -22-5用FISH函数计算体积模量和剪砌模量newdef derives_mod = y_mod / (2.0 * (1.0 + p_ratio))b_mod = y_mod / (3.0 * (1.0 - 2.0 * p_ratio))endset y_mod = 5e8 p_ratio = 0.25deriveprint b_modprint s_mod2-6 在FLAC输入中使用符号变量Newdef derives_mod = y_mod / (2.0 * (1.0 + p_ratio))b_mod = y_mod / (3.0 * (1.0 - 2.0 * p_ratio))endset y_mod = 5e8 p_ratio = 0.25derivegen zone brick size 2,2,2model elasticprop bulk=b_mod shear=s_modprint zone prop bulkprint zone prop shear2-7 控制循环Newdef xxxsum = 0prod = 1loop n (1,10)sum = sum + nprod = prod * nend_loopendxxxprint sum, prodnewgen zone brick p0 (0,0,0) p1 (-10,0,0) p2 (0,10,0) p3 (0,0,-10) model elasplot set rotation 0 0 45plot block groupdef installpnt = zone_headloop while pnt #nullz_depth = -z_zcen(pnt)y_mod = y_zero + cc * sqrt(z_depth)z_prop(pnt, ’shear’) = y_mod / (2.0*(1.0+p_ratio))z_prop(pnt, ’bulk’) = y_mod / (3.0*(1.0-2.0*p_ratio))pnt = zone_next(pnt)end_loopendset p_ratio=0.25 y_zero=1e7 cc=1e8install2-8 拆分命令行new ;example of a sum of many thingsdef long_sumtemp = v1 + v2 + v3 + v4 + v5 + v6 + v7 + v8 + v9 + v10long_sum = temp + v11 + v12 + v13 + v14 + v15end2-9 变量类型newdef haveoneaa = 2bb = 3.4cc = ’Have a nice day’dd = aa * bbee = cc + ’, old chap’endhaveoneprint fish2-10 IF条件语句newdef abcif xx > 0 thenabc = 1000elseabc = -1000end_ifendset xx = 10print abcset xx = 0print abc2-11 索单元自动生成newgen zone brick size 10 3 5plot set rotation 0 0 45plot block groupdef place_cablesloop n (1,5)z_d = float(n) - 0.5commandsel cable beg 0.0,1.5,z_d end 7.0,1.5,z_d nseg 7 end_commandend_loopendplace_cablesplot grid sel geom rednewgen zone brick size 10 3 5plot set rotation 15 0 60plot block groupmod mohrprop bulk 1e8 shear .3e8 fric 35prop coh 1e3 tens 1e3ini dens 1000set grav 0,0,-10fix x y z range z -.1 .1fix y range y -.1 .1fix y range y 2.9 3.1fix x range x -.1 .1fix x range x 9.9 10.1set largehist unbalsolvesave cab_str.savini xdis 0 ydis 0 zdis 0hist gp xdisp 0,1,5def place_cablesloop n (1,5)z_d = 5.5 - float(n)z_t = z_d + 0.5z_b = z_d - 0.5commandfree x range x -.1,.1 z z_b z_tsolvesel cable beg 0.0,0.5,z_d end 7.0,0.5,z_d nseg 7sel cable beg 0.0,1.5,z_d end 7.0,1.5,z_d nseg 7sel cable beg 0.0,2.5,z_d end 7.0,2.5,z_d nseg 7sel cable prop emod 2e10 ytension 1e8 xcarea 1.0 & gr_k 2e10 gr_coh 1e10 gr_per 1.0end_commandend_loopendplace_cablessave cab_end.savplot sketch sel cable force red2-12圆形隧道开挖模拟计算;建立模型gen zon radcyl p0 0 0 0 p1 6 0 0 p2 0 1 0 p3 0 0 6 &size 4 2 8 4 dim 3 3 3 3 rat 1 1 1 1.2 group outsiderockgen zone cshell p0 0 0 0 p1 3 0 0 p2 0 1 0 p3 0 0 3 &size 1 2 8 4 dim 2.7 2.7 2.7 2.7 rat 1 1 1 1 group concretliner fill group insiderock gen zon reflect dip 90 dd 90 orig 0 0 0gen zon reflect dip 0 dd 0 ori 0 0 0gen zon brick p0 0 0 6 p1 6 0 6 p2 0 1 6 p3 0 0 13 size 4 2 6 group outsiderock1 gen zon brick p0 0 0 -12 p1 6 0 -12 p2 0 1 -12 p3 0 0 -6 size 4 2 5 group outsiderock2 gen zon brick p0 6 0 0 p1 21 0 0 p2 6 1 0 p3 6 0 6 size 10 2 4 group outsiderock3 gen zon reflect dip 0 dd 0 orig 0 0 0 range group outsiderock3gen zon brick p0 6 0 6 p1 21 0 6 p2 6 1 6 p3 6 0 13 size 10 2 6 group outsiderock4gen zon brick p0 6 0 -12 p1 21 0 -12 p2 6 1 -12 p3 6 0 -6 size 10 2 5 group outsiderock5 gen zon reflect dip 90 dd 90 orig 0 0 0 range x -0.1 6.1 z 6.1 13.1gen zon reflect dip 90 dd 90 orig 0 0 0 range x -0.1 6.1 z -6.1 -12.1gen zon reflect dip 90 dd 90 orig 0 0 0 range x 6.1 21.1 z -12.1 13.1;绘制模型图plot block groupplot add axes red;plot set rotation 0 0 45 用于显示三维模型;设置重力set gravity 0 0 -10;给定边界条件fix z range z -12.01,-11.99fix x range x -21.01,-20.99fix x range x 20.99,21.01fix y range y -0.01 0.01fix y range y 0.99,1.01;求解自重应力场model mohrini density 1800 ;围岩的密度prop bulk=1.47e8 shear=5.6e7 fric=20 coh=5.0e4 tension=1.0e4 ;体积、剪切、摩擦角、凝聚力、抗拉强度set mech ratio=1e-4solvesave Gravsol.savplot cont zdisp outl onplot cont szz;毛洞开挖计算initial xdisp=0 ydisp=0 zdisp=0model null range group insiderock any group concretliner anyplot block groupplot add axes redset mech ratio=5e-4solvesave Kaiwsol.savplot cont zdispplot cont sdispplot cont szzplot cont xzz;模筑衬砌计算model elas range group concretliner anyplot block groupplot add axes redini density 2500 range group concretliner any ;衬砌混凝土的密度prop bulk=16.67e9,shear=12.5e9 range group concretliner any ;衬砌混凝土的体积弹模、剪切弹模set mech ratio=1e-4solvesave zhihusol.savplot cont zdispplot cont sdispplot cont szzplot cont xzz;完成计算分析第四章FISH语言及建模技术4-1数组newdef afill ;fill matrix with random numbersarray var(4,3)loop m (1,4)loop n (1,3)var(m,n) = urandendloopendloopenddef ashow ;display contents of matrixloop m (1,4)hed = ’ ’msg = ’ ’+string(m)loop n (1,3)hed = hed + ’ ’+string(n)msg = msg + ’ ’+string(var(m,n))endloopif m = 1dum = out(hed)endifdum = out(msg)endloopendafillAshow4-2函数操作newdef xxxaa = 2 * 3xxx = aa + bbendnewdef stress_sumstress_sum = 0.0pnt = zone headloop while pnt # nullStress_sum = stress_sum + z_sxx(pnt)pnt=z_next(pnt)end_loopendnewdef stress_sumsum = 0.0pnt = zone headloop while pnt # nullsum = sum + z_sxx(pnt)pnt=z next(pnt)end loopstress_sum = sumendnewdef h_var_1ipz = z_near(1,2,3)H_var_1 = sxx(ipz) + facH_var_2 = syy(ipz) + facH_var_3 = szz(ipz) + facH_var_4 = sxy(ipz) + facH_var_5 = syz(ipz) + facH_var_6 = sxz(ipz) + facend4-3函数删除与重定义newdef joeii=out(‘This is A Function’)enddef fredjoeendfreddef joeii=(‘This is A New Function’)endfred4-4字符串newdef in_defxx = in(msg+’(’+’default:’+string(default)+’):’)if type(xx) = 3in_def = defaultelsein_def = xxendifend;def moduli_datadefault = 1.0e9msg=’Input Young‘s modulus ’Y_mod = in_defdefault = 0.25msg=’Input Poisson‘s ratio ’p_ratio = in_defif p_ratio = 0.5 thenii = out(’ Bulk mod is undefined at Poisson‘s ratio = 0.5’)ii = out(’ Select a different val ue --’)p_ratio = in_defendifs_mod = y_mod / (2.0 * (1.0 + p_ratio))b_mod = y_mod / (3.0 * (1.0 - 2.0 * p_ratio))end;moduli_datagen zone brick size 2,2,2model elasticprop bulk = b_mod shear = s_modprint p_ratio y_mod b_mod s_modpauseprint zone prop bulkpauseprint zone prop shear4-5马蹄形隧道网格newgen zone radcyl size 5 10 6 12 rat 1 1 1 1.2 &p0 0,0,0 p1 100,0,0 p2 0,200,0 p3 0,0,100gen zone radtun size 5 10 5 12 rat 1 1 1 1.2 &p0 0,0,0 p1 0,0,-100 p2 0,200,0 p3 100,0,0gen zone reflect dip 90 dd 270 origin 0,0,0plot set rotation 30 0 30plot block group4-6复杂形状网格生成new; 主隧道网格gen zon radcyl p0 15 0 0 p1 23 0 0 p2 15 50 0 p3 15 0 8 &size 4 10 6 4 dim 4 4 4 4 rat 1 1 1 1 fillgen zon reflect dip 90 dd 90 orig 15 0 0gen zon reflect dip 0 ori 0 0 0; 辅助隧道网格gen point id 1 (2.969848,0.0,-0.575736)gen point id 2 (2.969848,50.0,-0.575736)gen zon radcyl p0 0 0 -1 p1 7 0 0 p2 0 50 -1 p3 0 0 8 p4 7 50 0 &p5 0 50 8 p6 7 0 8 p7 7 50 8 p8 point 1 p10 point 2 & size 3 10 6 4 dim 3 3 3 3 rat 1 1 1 1gen zon radcyl p0 0 0 -1 p1 0 0 -8 p2 0 50 -1 p3 7 0 0 p4 0 50 -8 & p5 7 50 0 p6 7 0 -8 p7 7 50 -8 p9 point 1 p11 point 2 & size 3 10 6 4 dim 3 3 3 3 rat 1 1 1 1;衬砌网格sel shell range cyl end1 0 0 -1 end2 0 50 -1 rad 3; 隧道外围边界网格gen zone radtun p0 7 0 0 p1 50 0 0 p2 7 50 0 p3 15 0 50 p4 50 50 0 & p5 15 50 50 p6 50 0 50 p7 50 50 50 &p8 23 0 0 p9 7 0 8 p10 23 50 0 p11 7 50 8 &size 6 10 3 10 rat 1 1 1 1.1gen zone brick p0 0 0 8 p1 7 0 8 p2 0 50 8 p3 0 0 50 &p4 7 50 8 p5 0 50 50 p6 15 0 50 p7 15 50 50 &size 3 10 10 rat 1 1 1.1;对称得出1/2模型gen zon reflect dip 0 ori 0 0 0 range x 0 23 y 0 50 z 8 50gen zon reflect dip 0 ori 0 0 0 range x 23 50 y 0 50 z 0 50;建立主隧道和辅助隧道块名称group service range cyl end1 0 0 -1 end2 0 50 -1 rad 3group main range cyl end1 15 0 0 end2 15 50 0 rad 4;对称得出完整模型gen zon reflect dip 90 dd 270 ori 0 0 0;网格显示plot set rotation 30 0 30plot block group4-7网格连接newgen zone brick size 4 4 4 p0 0,0,0 p1 4,0,0 p2 0,4,0 p3 0,0,2gen zone brick size 8 8 4 p0 0,0,2 p1 4,0,2 p2 0,4,2 p3 0,0,4attach face range z 1.9 2.1model elasprop bulk 8e9 shear 5e9fix z range z -.1 .1fix x range x -.1 .1fix x range x 3.9 4.1fix y range y -.1 .1fix y range y 3.9 4.1apply szz -1e6 range z 3.9 4.1 x 0,2 y 0,2hist unbal;网格显示plot set rotation 30 0 30plot block groupsolvesave att.savplot cont zdisp outl on单一网格（小）程序newgen zone brick size 8 8 8 p0 0,0,0 p1 4,0,0 p2 0,4,0 p3 0,0,4 model elasprop bulk 8e9 shear 5e9fix z range z -.1 .1fix x range x -.1 .1fix x range x 3.9 4.1fix y range y -.1 .1fix y range y 3.9 4.1apply szz -1e6 range z 3.9 4.1 x 0,2 y 0,2hist unbal;网格显示plot set rotation 30 0 30plot block groupsolvesave noattx.savplot cont zdisp outl on单一网格（大）程序newgen zone brick size 4 4 4 p0 0,0,0 p1 4,0,0 p2 0,4,0 p3 0,0,4 model elasprop bulk 8e9 shear 5e9fix z range z -.1 .1fix x range x -.1 .1fix x range x 3.9 4.1fix y range y -.1 .1fix y range y 3.9 4.1apply szz -1e6 range z 3.9 4.1 x 0,2 y 0,2hist unbal;网格显示plot set rotation 30 0 30plot block groupsolvesave noattx.savplot cont zdisp outl on4-8立方体洞穴网格生成newdef parmrad=4.0len=10.0in_size=6rad_size=10endparmgen zone radbrick edge len size in_size in_size in_size rad_size &rat 1.0 1.0 1.0 1.2 dim rad rad rad;对称得出完整模型gen zon reflect dip 0 dd 0 ori 0 0 0gen zon reflect dip 90 dd 270 ori 0 0 0;网格显示plot set rotation 30 0 30plot block group4-9球体洞穴网格生成newdef parmrad=4.0len=10.0in_size=6rad_size=10endparmdef make_spherep_gp=gp_headloop while p_gp#nullpx=gp_xpos(p_gp)py=gp_ypos(p_gp)pz=gp_zpos(p_gp)dist=sqrt(px*px+py*py+pz*pz)if dist>0 thenk=rad/distax=px*kay=py*kaz=pz*kmaxp=max(px,max(py,pz))k=len/maxpbx=px*kby=py*kbz=pz*ku=(maxp-rad)/(len-rad)gp_xpos(p_gp)=ax+u*(bx-ax)gp_ypos(p_gp)=ay+u*(by-ay)gp_zpos(p_gp)=az+u*(bz-az)end_ifp_gp=gp_next(p_gp)end_loopendgen zone radbrick edge len size in_size in_size in_size rad_size & rat 1.0 1.0 1.0 1.2 dim rad rad radmake_sphere;对称得出完整模型gen zon reflect dip 0 dd 0 ori 0 0 0gen zon reflect dip 90 dd 270 ori 0 0 0;网格显示plot set rotation 15 0 30plot block group4-10应力边界newgen zone brick size (4,4,4) p0 (0,0,0) p1 (4,0,0) &p2 (0,4,0) p3 (2,0,3.464)model elasticprop bulk 1e8 shear .3e8apply nstress -1e6 range plane dip 60 dd 270 origin 0.1,0,0 above step 1;网格显示plot set rotation 30 0 30plot block groupplot grid red fap green4-11改变应力边界条件newgen zone brick size 6 6 6model elasprop bulk 1e8 shear 7e7fix x range x -0.1 0.1def supersteploop ns (1,n_steps)x_stress = stress_inccommandapply sxx add x_stress range x 5.9,6.1 y 0,6 z 0,2step 100end_commandend_loopendset n_steps=100 stress_inc=-1e3hist zone sxx 6,0,0plot create sxx_histplot showSuperstep;网格显示plot set rotation 30 0 30plot block groupplot grid red fap greennewgen zone brick size 6 6 6model elasprop bulk 1e8 shear 7e7fix x range x -0.1 0.1def x_stressx_stress = stress_inc * stependset stress_inc = -1e3apply sxx 1.0 hist x_stress range x 5.9,6.1 y 0,6 z 0,2 hist zone sxx 6,0,0hist x_stressstep 100;网格显示plot set rotation 30 0 30plot grid red fap greennewgen zone brick size 6 6 6model elasprop bulk 1e8 shear 7e7fix x range x -0.1 0.1table 1 0,0 100,-1e5apply sxx 1.0 hist table 1 range x 5.9,6.1 y 0,6 z 0,2 hist zone sxx 6,0,0step 100;网格显示plot set rotation 30 0 30plot grid red fap greennewgen zone brick size 6,6,6 p1 6,0,-1model elasprop bulk 8e9 shear 5e9apply sxx -2e6 range x -0.1 0.1apply sxx -2e6 range x 5.9 6.1step 500plot grid dispnewgen zone brick size 5,5,5model elasprop bulk 8e9 shear 5e9set grav 0 0 -10ini dens 1000fix x range x -.1 .1fix x range x 4.9 5.1fix y range y -.1 .1fix y range y 4.9 5.1ini szz -5e4 grad 0 0 -1e4app szz -5e4 range z -.1 .1solvemodel null range x 1,4 y 1 4 z 3 5step 100plot set plane dip 90 dd 180 origin 0,2.5,0plot add surf plane behind yellplot add vel plane behind blackplot set rotation 30 0 30plot block groupplot show4-12位移边界newgen zone brick size 4,4,4 p3 2,0,3.464model elasprop bulk 1e8 shear .3e8macro left_boun ’plane dip 60 dd 270 origin 0.1,0,0 above’macro right_boun ’plane dip 60 dd 270 origin 3.9,0,0 below’apply nvel 0.1 plane dip 60 dd 270 range left_bounapply nvel 0.1 plane dip 120 dd 90 range right_bounstep 1;网格显示plot set rotation 30 0 30plot block groupplot grid velnewnewgen zone brick size 4 4 4model elasticprop bulk 1e8 shear .3e8apply nstress -1e6 plane dip 0 dd 0 range y 3.9 4.1apply nvel 0.0 plane dip 0 dd 0 range y -.1 .1apply nvel 0.0 plane dip 0 dd 0 range x -.1 .1step 10;网格显示plot set rotation 30 0 30plot block groupplot grid velnewgen zone brick size 10 5 5mod elprop shear 1e8 bulk 2e8fix x y z range x -.1 .1 y 0 5 z 0 5fix x y z range x 0 10 y 0 5 z -.1 .1fix x y z range x 9.9 10.1 y 0 5 z 0 5table 1def find_addhead = nullp_gp = gp_headloop while p_gp # nullx_pos = gp_xpos(p_gp)if x_pos = width thennew = get_mem(2)mem(new) = headmem(new+1) = p_gphead = newendifp_gp = gp_next(p_gp)endloopendset width=10.0find_adddef apply_velwhile_steppingad = headloop while ad # nullp_gp = mem(ad+1)gp_xvel(p_gp) = vel_max * gp_zpos(p_gp) / heightgp_zvel(p_gp) = -vel_max * (gp_xpos(p_gp) - width) / height ad = mem(ad)endloopendset large vel_max=1e-2 height=5.0step 100;网格显示plot set rotation 30 0 30plot block groupplot grid vel4-13不考虑重力影响的均匀应力new ;set grav 0 0 0gen zone brick size 6 6 6model elasini sxx=-5e6 syy=-1e7 szz=-2e7apply sxx=-5e6 range x -0.1 0.1apply sxx=-5e6 range x 5.9 6.1apply syy=-1e7 range y -0.1 0.1apply syy=-1e7 range y 5.9 6.1apply szz=-2e7 range z -0.1 0.1apply szz=-2e7 range z 5.9 6.1prop bulk 8e9 shear 5e9ini dens 2000fix x range z -.1 .1step 10plot set rotation 30 0 30 ;网格三维显示plot cont zdisp outl on4-14考虑应力梯度的均匀材料newgen zone brick size 10 10 10 p1 20,0,0 p2 0,20,0 p3 0,0,20 model mohrprop bulk 5e9 shear 3e9 fric 35ini density 2500set gravity 0,0,-10fix x y z range z -0.1 0.1ini szz -5.0e6 grad 0,0,2.5e4ini syy -2.5e6 grad 0,0,1.25e4ini sxx -2.5e6 grad 0,0,1.25e4apply szz -4.5e6 range z 19.9 20.1apply szz -5.0e6 range z -0.1 0.1apply sxx -2.5e6 grad 0,0,1.25e4 range x -0.1 0.1apply sxx -2.5e6 grad 0,0,1.25e4 range x 19.9 20.1apply syy -2.5e6 grad 0,0,1.25e4 range y -0.1 0.1apply syy -2.5e6 grad 0,0,1.25e4 range y 19.9 20.1step 10;网格三维显示plot set rotation 30 0 30plot cont zdisp outl on4-15考虑应力梯度的非均匀材料newgen zone brick size 10 10 10 &p0 0,-25,0 p1 20,-25,0 p2 0,0,0 p3 0,-25,20model elasprop bulk 5e9 shear 3e9ini density 1600 range y -10,0ini density 2000 range y -15,-10ini density 2200 range y -25,-15set gravity 0,-10,0fix x range x -.1 .1fix x range x 19.9 20.1fix z range z -.1 .1fix z range z 19.9 20.1fix y range y -25.1 -24.9ini syy 0.0 grad 0,1.6e4,0 range y -10,0ini syy 4e4 grad 0,2.0e4,0 range y -15,-10ini syy 7e4 grad 0,2.2e4,0 range y -15,-25step 10;网格三维显示plot set rotation 30 0 30plot cont zdisp outl on4-16非均匀网格应力初始化newgen zone radcyl size 3 8 4 5 fill p1 10,0,0 p2 0,10,0 p3 0,0,10 mode elasticprop shear 3e8 bulk 5e8fix x range x -.1 .1fix x range x 9.9 10.1fix y range y -.1 .1fix y range y 9.9 10.1fix z range z -.1 .1ini szz = -2.5e5 grad 0,0,2.5e4ini density 2500set grav 0,0,-10step 10;网格三维显示plot set rotation 30 0 30plot cont zdisp outl on4-17不规则自由面应力初始化gen zone brick size 15 15 10 p0 0,0,0 edge=100.0model elasticprop shear 3e8 bulk 5e8def mountaingp = gp_headloop while gp # nullzz = sqrt(gp_xpos(gp)ˆ2 + gp_ypos(gp)ˆ2)dz = 0.06 * sin(0.2 * zz + 100.0) ; Sum Fourier terms fordz = dz + 0.06 * sin(0.22 * zz - 20.3) ; quasi-random surfacedz = dz - 0.04 * sin(0.33 * zz + 33.3) ; topology.gp_zpos(gp) = 0.5 * gp_zpos(gp) * (1.0 + dz)gp = gp_next(gp)end_loopendmountainfix x range x -.1 .1fix x range x 99.9 100.1fix y range y -.1 .1fix y range y 99.9 100.1fix z range z -.1 .1set grav 0,0,-10ini density=2000ini szz=-2.0e6 (grad 0,0,2.0e4) sxx=-4.0e6 (grad 0,0,4.0e4) syy=-4.0e6 (grad 0,0,4.0e4) step 100plot set rotation 30 0 30plot cont zdisp outl on;网格三维显示4-18非均网格内部压实newgen zone brick size 8 8 10 ratio 1.2 1 1model mohrini dens 2000prop bulk 2e8 shear 1e8prop fric 30fix x range x -.1 .1fix x range x 7.9 8.1fix y range y -.1 .1fix y range y 7.9 8.1fix z range z -.1 .1;ini szz -2.0e5 grad 0,0,2e4;ini sxx -1.5e5 grad 0,0,1.5e4;ini syy -1.5e5 grad 0,0,1.5e4set grav 10step 1000;pause;prop tens 1e10 coh 1e10;step 750;prop tens 0 coh 0;step 250;网格三维显示plot set rotation 30 0 30plot cont zdisp outl on4-19模型改变后初始应力变化newgen zone brick size 5 5 5model elasprop sh 2e8 bu 3e8fix x y z range z -.1 .1set grav 0 0 -10ini dens 2000Solve;网格三维显示plot set rotation 30 0 30plot cont zdisp outl on;模型改变model mohr range x 0 2 y 0 5 z 0 2prop sh 2e8 bu 3e8 fric 35 range x 0 2 y 0 5 z 0 2 Step 2000;网格三维显示plot set rotation 30 0 30plot cont zdisp outl on4-20应力与孔隙压力的初始化newconfig fluidgen zone brick size 8 5 10model elasmodel fl_isoini dens 2000prop bulk 1e9 shear 5e8prop poros 0.5 perm 1e-10ini fmod 2e9ini fdensity 1e3ini sat 0ini sat 1 range z -.1 5.1set grav 0 0 -10fix x range x -.1 .1fix x range x 7.9 8.1fix y range y -.1 .1fix y range y 4.9 5.1fix z range z -.1 .1ini pp 5.e4 grad 0,0,-1.e4 range z 0.0 5.ini szz -20e4 grad 0,0,20e3ini szz add -1.5e4 grad 0,0,.25e4 range z 5,6 ini szz add -2.5e4 grad 0,0,.5e4 range z 0,5 ini szz add -.25e4 range z 0,5solve;网格三维显示plot set rotation 30 0 30plot cont zdisp outl onnewgen zone brick size 1 1 10model elasini dens 2500 range z 0 5ini dens 2250 range z 5 6ini dens 2000 range z 6 10prop bulk 1e9 shear 5e8set grav 10water dens 1000water table ori 0 0 5 normal 0 0 1fix x range x -.1 .1fix x range x 7.9 8.1fix y range y -.1 .1fix y range y 4.9 5.1fix z range z -.1 .1ini szz -20e4 grad 0,0,20e3ini szz add -1.5e4 grad 0,0,.25e4 range z 5,6 ini szz add -2.5e4 grad 0,0,.5e4 range z 0,5 ini szz add -.25e4 range z 0,5solve;网格三维显示plot set rotation 30 0 30plot cont zdisp outl on4-21加载顺序new; 主隧道建模gen zon radcyl p0 15 0 0 p1 23 0 0 p2 15 50 0 p3 15 0 8 &size 4 10 6 4 dim 4 4 4 4 rat 1 1 1 1 fillgen zon reflect dip 90 dd 90 orig 15 0 0gen zon reflect dip 0 ori 0 0 0;辅助隧道建模gen point id 1 (2.969848,0.0,-0.575736)gen point id 2 (2.969848,50.0,-0.575736)gen zon radcyl p0 0 0 -1 p1 7 0 0 p2 0 50 -1 p3 0 0 8 p4 7 50 0 &p5 0 50 8 p6 7 0 8 p7 7 50 8 p8 point 1 p10 point 2 &size 3 10 6 4 dim 3 3 3 3 rat 1 1 1 1 fillgen zon radcyl p0 0 0 -1 p1 0 0 -8 p2 0 50 -1 p3 7 0 0 p4 0 50 -8 &p5 7 50 0 p6 7 0 -8 p7 7 50 -8 p9 point 1 p11 point 2 &size 3 10 6 4 dim 3 3 3 3 rat 1 1 1 1 fill;隧道边界网格gen zone radtun p0 7 0 0 p1 50 0 0 p2 7 50 0 p3 15 0 50 p4 50 50 0 & p5 15 50 50 p6 50 0 50 p7 50 50 50 &p8 23 0 0 p9 7 0 8 p10 23 50 0 p11 7 50 8 &size 6 10 3 10 rat 1 1 1 1.1gen zone brick p0 0 0 8 p1 7 0 8 p2 0 50 8 p3 0 0 50 &p4 7 50 8 p5 0 50 50 p6 15 0 50 p7 15 50 50 &size 3 10 10 rat 1 1 1.1gen zon reflect dip 0 ori 0 0 0 range x 0 23 y 0 50 z 8 50gen zon reflect dip 0 ori 0 0 0 range x 23 50 y 0 50 z 0 50group main1 range cyl end1 15 0 0 end2 15 25 0 rad 4group main2 range cyl end1 15 25 0 end2 15 50 0 rad 4group service range cyl end1 0.0,0.0,-0.575736 &end2 0.0,50.0,-0.575736 rad 3.0save tun0.savrest tun0.sav; 初始应力场模量model mohrprop shear 0.36e9 bulk 0.6e9 coh 1e5 fric 20 tens 1e5apply szz -1.4e6 range z 49.9 50.1fix z range z -50.1 -49.1fix x range x -.1 .1fix x range x 49.9 50.1fix y range y -.1 .1fix y range y 49.9 50.1ini sxx -1.4e6 syy -1.4e6 szz -1.4e6hist unbalhist gp xdis 3,0,-1hist gp zdis 0,0,2hist gp xdis 3,25,-1hist gp zdis 0,25,2step 1000save tun1.sav; 辅助隧道开挖25 m计算rest tun1.savini xdis 0.0 ydis 0.0 zdis 0.0model null range group service y 0,25step 1000save tun2.sav; 在辅助隧道上施加衬砌restore tun2.savsel shell id=1 range cyl end1 0 0 -1 end2 0 25 -1 rad 3sel shell prop iso=(25.3e9, 0.266) thick = 0.5sel node fix y xr zr range y -0.1 0.1 ; symmetry cond.sel node fix x yr zr range x -0.1 0.1 ; symmetry cond.model mohr range group service y 25 50prop shear 0.36e9 bulk 0.6e9 coh 1e5 fric 20 tens 1e5; 主隧道开挖25mmodel null range group main1step 1000save tun3.savplot set rotation 0 0 60plot cont zdisp outl on第六章双线铁路隧道施工过程分析6-2 V级围岩施工过程模拟（1）建立隧道1/4圆周模型gen zon radcyl p0 0 0 0 p1 10.55 0 0 p2 0 1 0 p3 0 0 10.55 &size 5 2 10 4 dim 5.55 5.55 5.55 5.55 rat 1 1 1 1.2 group outsiderocksyplot block groupplot add axes redgen zone cshell p0 0 0 0 p1 5.55 0 0 p2 0 1 0 p3 0 0 5.55 &size 1 2 10 4 dim 5.05 5.05 5.05 5.05 rat 1 1 1 1 group concretlinersy fill group insiderocksy gen zon radcyl p0 0 0 0 p1 0 0 -9 p2 0 1 0 p3 10.55 0 0 &size 5 2 10 4 dim 4 5.55 4 5.55 rat 1 1 1 1.2 group outsiderockxygen zone cshell p0 0 0 0 p1 0 0 -4 p2 0 1 0 p3 5.55 0 0 &size 1 2 10 4 dim 3.5 5.05 3.5 5.05 rat 1 1 1 1 group concretlinerxy fill group insiderockxy plot block groupplot add axes redgen zon brick p0 0 0 10.55 p1 10.55 0 10.55 p2 0 1 10.55 p3 0 0 25.55 &size 5 2 8 group outsiderock1gen zon brick p0 0 0 -34.55 p1 10.55 0 -34.55 p2 0 1 -34.55 p3 0 0 -9 &size 5 2 12 group outsiderock2gen zon brick p0 10.55 0 0 p1 50 0 0 p2 10.55 1 0 p3 10.55 0 10.55 &size 20 2 5 group outsiderock3gen zon brick p0 10.55 0 -9 p1 50 0 -9 p2 10.55 1 -9 p3 10.55 0 0 &size 20 2 5 group outsiderock3gen zon brick p0 10.55 0 10.55 p1 50 0 10.55 p2 10.55 1 10.55 p3 10.55 0 25.55 & size 20 2 8 group outsiderock4gen zon brick p0 10.55 0 -34.55 p1 50 0 -34.55 p2 10.55 1 -34.55 p3 10.55 0 -9 & size 20 2 12 group outsiderock5gen zon reflect dip 90 dd 90 orig 0 0 0plot set rotation 30 0 30 ;显示三维图，绕x轴负方向转30度set gravity 0 0 -10 ;设置重力加速度为z方向-10fix z range z -34.56,-34.54 ;设置底边界fix x range x -50.01,-49.99 ;设置左边界fix x range x 49.99,50.01 ;设置右边界fix y range y -0.01 0.01 ;设置前边界fix y range y 0.99,1.01 ;设置后边界model mohr ;莫尔～库仑模型ini density 2000 ;围岩的密度prop bulk=7.14e8 shear=3.333e9 fric=25 coh=2e5 tension=1.0e5Setp 6000 ;求解6000次Solve ;求解计算save Gsol.sav ;计算结果保存在Gsol.sav文件中plot cont zdisp ;绘制竖向位移场，如图6-14所示plot cont xdisp ;绘制竖向位移场，如图6-15所示plot cont szz ;绘制竖向应力场，如图6-16所示plot cont sxx ;绘制竖向应力场，如图6-17所示;1-左上半断面开挖rest Gsol.savplot block groupplot add axes redini xdis 0.0 ydis 0.0 zdis 0.0ini density 2200 range group outsiderocksy any group outsiderocksz anyprop bulk=1.923e9, shear=4.167e9 fric=35, coh=0.5e6 &tension=5e5, range group outsiderocksy any group outsiderocksz anymodel null range group insiderocksz any group concretlinersz anystep 2000save stepp1.savplot cont zdisprest stepp1.savsel shell id=1 range x -0.01 0.01 z -0.01 5.56 cyl end1 0 0 0 end2 0 1 0 rad 5.55sel shell id=1 range x -0.01 0.01 z -0.01 5.56sel shell id=1 prop iso=(21.0e9,0.2) thick=0.25step 2000plot cont zdispsave stepp2.sav;3-左下半断面开挖rest stepp2.savplot block groupplot add axes redmodel null range group insiderockxz any group concretlinerxz anystep 2000save stepp3.savplot cont zdisprest stepp3.savsel shell id=1 range x -0.01 0.01 z -4.01 0.01sel shell id=1 prop iso=(21.0e9,0.2) thick=0.25step 2000plot cont zdispsave stepp4.sav;5-右上半断面开挖rest stepp4.savplot block groupplot add axes redmodel null range group insiderocksy any group concretlinersy anystep 2000save stepp5.savplot cont zdisprest stepp5.savsel shell id=1 range x -0.01 5.56 z -0.01 5.56 cyl end1 0 0 0 end2 0 1 0 rad 5.55 sel shell id=1 prop iso=(21.0e9,0.2) thick=0.25step 2000plot cont zdispsave stepp6.sav;7-右下半断面开挖rest stepp6.savplot block groupplot add axes redmodel null range group insiderockxy any group concretlinerxy anystep 2000save stepp7.savplot cont zdisprest stepp7.savsel delete shell id=1 range x -0.01 0.01sel shell id=1 prop iso=(21.0e9,0.2) thick=0.25step 2000save stepp8.savrest stepp8.savmodel elas range group concretlinerxymodel elas range group concretlinerxzmodel elas range group concretlinersymodel elas range group concretlinerszini density 2600 range group concretlinerxyini density 2600 range group concretlinerxzini density 2600 range group concretlinersyini density 2600 range group concretlinerszprop bulk=12.5e9, shear=16.667e9 range group concretlinerxyprop bulk=12.5e9, shear=16.667e9 range group concretlinerxzprop bulk=12.5e9, shear=16.667e9 range group concretlinersyprop bulk=12.5e9, shear=16.667e9 range group concretlinerszstep 2000plot cont zdispsave stepp9.savplot block groupplot add axes red6.3 IV级围岩施工过程模拟new;1/4 上半部分gen zon radcyl p0 0 0 0 p1 10.55 0 0 p2 0 1 0 p3 0 0 10.55 size 5 2 10 4&dim 5.55 5.55 5.55 5.55 rat 1 1 1 1.2 group outsiderocksygen zone cshell p0 0 0 0 p1 5.55 0 0 p2 0 1 0 p3 0 0 5.55 size 1 2 10 4&dim 5.15 5.15 5.15 5.15 rat 1 1 1 1 group concretlinersy fill group insiderocksy;1/4 下半部分gen zon radcyl p0 0 0 0 p1 0 0 -9 p2 0 1 0 p3 10.55 0 0 &size 5 2 10 4 dim 4 5.55 4 5.55 rat 1 1 1 1.2 group outsiderockxygen zone cshell p0 0 0 0 p1 0 0 -4 p2 0 1 0 p3 5.55 0 0 size 1 2 10 4&dim 3.6 5.15 3.6 5.15 rat 1 1 1 1 group concretlinerxy fill group insiderockxy;1/2绘制上下地层网格gen zon brick p0 0 0 10.55 p1 10.55 0 10.55 p2 0 1 10.55 p3 0 0 25.55 size 5 2 8 group outsiderock1gen zon brick p0 0 0 -34.55 p1 10.55 0 -34.55 p2 0 1 -34.55 p3 0 0 -9 size 5 2 12 group outsiderock2;1/2右侧中间部分土体网格gen zon brick p0 10.55 0 0 p1 50 0 0 p2 10.55 1 0 p3 10.55 0 10.55 size 20 2 5 group outsiderock3gen zon brick p0 10.55 0 -9 p1 50 0 -9 p2 10.55 1 -9 p3 10.55 0 0 size 20 2 5 group outsiderock3。
隧道开挖方法CD法CRD法
开挖方法1中隔壁法（CD 法）4.5.1.1CD 法是在软弱围岩大跨度隧道中，先分部开挖隧道的一侧，并施作中隔壁，然后再分部开挖另一侧的施工方法。
其施工步骤参见图4.5.1。
（13）139（4）（10）5711（2）（14）（4）（10）（14）（13）（6）（12）13957111197531（12）（10）（8）（13）（14）（14）（6）（4）（14）（14）（2）1197（6）（4）（2）5317531（4）（10）（10）（10）（8）（9）（6）（6）3751（2）图4.5.1 中隔壁法（CD 法）施工工序横断面及纵断面示意图4.5.1.2施工顺序说明：1.先行导坑上部开挖；（2）先行导坑上部初期支护；3.先行导坑中部开挖；（4）先行导坑中部初期支护；5.先行导坑下部开挖；（6）先行导坑下部初期支护；7.后行导坑上部开挖；（8）后行导坑上部初期支护；9.后行导坑中部开挖；（10）后行导坑中部初期支护；11.后行导坑下部开挖；（12）后行导坑下部开挖；（13）仰拱超前浇筑；（14）全断面二次衬砌。
4.5.1.3施工要点（1）上部导坑的开挖循环进尺控制为1榀钢架间距（0.75～0.8m ），下部导坑的开挖进尺可依据地质情况适当加大。
（2）中隔壁法或交叉中隔壁法施工时，初期支护完成后方可进行下一分部开挖，地质较差时，每个台阶底部均应按设计要求设临时钢架或临时仰拱；各部开挖时，周边轮廓应尽量圆顺；应在先开挖侧喷射混凝土强度达到设计要求后再进行另一侧开挖；左右两侧导坑开挖工作面的纵向间距不宜小于15m ；当开挖形成全断面时，应及时完成全断面初期支护闭合。
（3）导坑开挖孔径及台阶高度可根据施工机具、人员等安排进行适当调整。
应配备适合导坑开挖的小型机械设备，提高导坑开挖效率。
（4）中隔壁的拆除应滞后于仰拱，并应于围岩变形稳定后才能进行，一次拆除长度应根据量测数据慎重确定，拆除后应立即施作二次衬砌。
FLAC在地下巷道离层破坏非线性数值模拟中的应用
2D
产、 施工及其它信息大多数都是不确定的 , 也就是说以上这些信息呈模糊性 、 随机性 、 未确定性和 不完全性。 本文主要探讨岩石力学非线性计算软件 中的应用。 关键词: 离层破坏 ; 非线性 ; 数值模拟 中图分类号 : T D 353 文献标识码: A
0
引
言
岩土 ( 体) 系统高度的非线性是阻碍岩土工程发展的主要问题。由于非线性存在 , 使人们对岩土变形 破坏机理认识模糊, 引进的数学、 力学模型有时失效, 岩土工程定量化问题难以实现。岩体具有非常复杂 的力学特性, 它与成岩过程、 地质赋存环境和工程活动密切相关。在把岩体力学性态抽象成数学模型时 , 很难把上述诸因素都作为变量纳入并加以分析, 以至计算结果与实际情况相比具体很大的离散性 , 这是岩 石力学发展过程中仍未明确解决的问题。岩体系统是高度非线性复杂大系统, 并始终处于动态不可逆变 化之中。因此, 要对它的力学行为进行预测与控制 , 必须借助于当代非线性科学, 建立适合于岩石力学与 工程特点的岩石非线性静力与动力系统理论 , 作为 21 世纪岩石力学理论发展的突破口。 70 年代非线性理论已成为解决非线性复杂大系统问题的有力工具 , 也是研究岩石非线性系统理论的 数力基础。发展非线性岩石力学的总体思想是 : 以现代非线性科学为基础, 结合岩体自身特点与工程特 点, 建立相应的力学模型 ( 包括分析模型和数值模型) , 走定性与定量方法相结合的发展道路。具体相应的 力学模型 ( 包括分析模型和数值模型) , 走定性与定量方法相结合的发展道路。具体技术思路应包括: ! 全 方位观察、 获取原始数据 ; ∀ 提取关键变量; # 建立适应工程特点和岩体特点的各类模型。包括系统模型 与局部模型、 概念模型和数学模型 , 以及依据理论基础划分的各种模型, 如分叉、 分形、 神经网络模型等; ∃ 求解方法以及模型验证和修改等方面。 地下隧道和矿山巷道上覆岩层层裂是岩土工程中典型的非线性破坏问题。其复杂性、 高度非线性、 不 确定性正如 Einst ein 和 Beacher 所指出的 : ! 岩体本身固有的不均匀性; ∀ 工程参数量测和取样引入的误 差( 岩土参数的不确定性和离散性是岩土工程的特点之一) ; # 模型不准确引起的不确定性, 这就决定了它 很难用确定的量来加以确定性的描述。一般来说, 地下工程开挖之前 , 结构岩体处于一种准静态平衡状 态。地下工程开挖之后, 这种平衡状态遭到破坏, 使得采场上覆岩体远离平衡, 发生一系列的破坏现象, 该 过程是一种突变运动, 包括采 动断层 ( 节理 ) 的滑移 , 层理的开裂 , 离层 的扩展, 节理 岩梁的失稳冒 落等 等[ 1] 。这些破坏形式导致围岩变形过程中的剧烈性、 复杂性和高度非线性 , 因此, 寻找一种能很好解释和
abaqus、flac3d 对不同工况隧道开挖的分析过程-岩土工程数值方法
目录1 工程概况 (2)2 模拟要求 (2)2.1 工况要求 (2)2.2 成果要求 (2)3 工况1(abaqus) (2)3.1 数值模拟介绍 (2)3.2 模拟分析 (3)3.2.1 模型建立 (3)3.2.2 材料赋予 (3)3.2.3 分析步设置 (4)3.2.4 建立相互作用 (5)3.2.5 施加荷载和边界条件 (5)3.2.5.2 施加荷载 (6)3.2.6 网格划分 (7)3.2.7 模型求解 (8)4 工况二(abaqus) (13)4.1 位移分析 (13)4.2 应力分析 (14)4.3 两种工况塑性区分析 (15)5 Flac3D-6.0 模拟分析(工况一) (16)5.1 Flac3d 简介 (16)5.2 建模 (16)5.3 位移分析 (17)5.4 应力分析 (18)6 总结与感想 (19)附件(flac3d 命令代码) (20)参考文献............................................................................................................................... 错误!未定义书签。
1 工程概况某建设工程，地下岩石隧道洞顶位于地表面下9m，洞跨16m，洞的直墙高6m，洞拱为圆弧，拱矢高6m。
据工程勘察报告，场地围岩等级为IV级。
隧道上方偏离洞中轴线6.50m 的地面拟建一建筑物（40层），建筑物荷载简化为均匀分布于15m范围内，每层荷载考虑为20kPa，直接作用于地表。
2 模拟要求2.1 工况要求工况一：先有地面建筑，后修隧道。
模拟可以参考以下步骤进行：第一步：模拟初始地应力场、位移场；第二步：修建地面建筑，施加建筑物荷载；第三步：模拟开挖地下隧道（可全断面开挖，也可分部开挖），也可考虑衬砌支护（厚30cm 的C30混凝土衬砌）。
工况二：先有隧道，后修地面建筑。
某隧道在锚喷支护下的FLAC3D数值分析
[1]陈育民，徐鼎平.FLAC/FLAC3D基础与工程实例[M].北京：中国水利水电出版社，2013.6
[2]刘波，韩彦辉编著FLAC原理实例与应用指南[M]北京：人民交通出版社2005
[3]王钜白石河2号隧道围岩分级与稳定性分析[D]，[硕士学位论文].南昌：华东交通大学2008
作者简介：
（3）为防止拱底围岩底鼓，应即时进行支护。在选择支护措施上要根据围岩类别合理使用，尽量发挥不同支护措施的优势，在较低的成本下保证围岩的稳定性。
数值计算表明：在隧道开挖后应力场发生调整，围岩向隧道内收敛发生一定的变形，围岩发生适度的变形以释放部分应力，不致支护结构上的应力水平大幅度提高。软质岩体，隧道开挖后即使在支护条件下围岩都有不同程度的塑性变形出现。。计算分析表明，锚杆对限制围岩发生大变形效果显著，喷层对限制围岩张性破坏效果明显。随着支护措施的加强，塑性破坏区的范围明显减小；围岩整体上保持稳定。
其中：E为弹性模量、μ为泊松比。如表1所示。
2.4支护材料参数的确定
根据该隧道施工设计图纸提供的隧道支护方式：初期支护为锚喷支护，二次衬砌为模筑混凝土衬砌。在数值计算中，采用衬砌单元（shell）模拟喷射混凝土，衬砌厚为10cm。用锚索单元（cable）模拟锚杆的支护，锚杆长3.0m，锚杆间距为1.5m。锚杆及衬砌的力学参数见下表2。
3.1开挖支护后的计算结果
4.总结
（1）从图中可以看到，支护后塑性区明显比未支护的情况小了很多，支护后围岩的受力情况得到改善，竖直位移和水平位移都减少了。在位移曲线中可以明显的看到一个转折点，这是在施加初期支护后对围岩变形的限制，阻止了围岩的进一步变形所致。
（2）对软弱破碎围岩开挖后必须及时支护，如果支护不及时则使围岩物理力学性质恶化、松弛范围扩大，将造成围岩大变形、塌方等严重后果。从隧道开挖初期后的整体安全情况来看，拱肩处为最不稳定区域，其次为拱脚和拱顶[3]。
地下工程围岩稳定性的3D_FLAC位移分析
地下工程围岩稳定性的3D2FL AC位移分析孙建国 王芳其 程崇国(重庆交通科研设计院,隧道建设与养护技术交通行业重点实验室,重庆400067)摘 要 文章采用3D2FL AC分析软件,对依托隧道工程Ⅲ类围岩典型断面进行了模拟仿真分析,真实再现开挖过程中采用不同支护方式时,跟踪了位移及塑性区动态发展过程,全面掌握了围岩动态变化趋势,为隧道设计和施工提供参考。
关键词 围岩 稳定性 位移 3D2FL AC1 3D2FL AC分析软件简介FLAC是快速拉格郎日差分分析(Fast La2 grangian Analysis of Continua)的简写。
FL AC是力学计算的数值方法之一。
快速拉格郎日差分分析将计算域划分为若干单元,单元网格可以随着材料的变形而变形,即所谓的拉格朗日算法。
这种算法可以准确地模拟材料的屈服、塑性流动、软化直至大变形,尤其在材料的弹塑性分析、大变形分析以及模拟施工过程等领域有其独到的优点。
2 计算模型建立2.1 地质模型概化计算段取依托工程K2+340～K2+420,为炭质板岩、千枚岩互层,层厚较小,且变化快,近似处理为均一岩体。
同时计算参数的取值,是由现场位移监测,通过位移反演获得的参数,并结合岩体的室内试验进行综合考虑后进行取值。
因此,计算模型参数也具有“等效”的概念,所以,建立计算模型为均一化的各向同性模型。
2.2 计算范围确定计算模型范围的确定主要遵循以下原则:(1)消除边界效应影响;(2)充分考虑洞室开挖地的实际情况和施工工序;(3)软件正常运行。
主要包括不产生歧异结果和计算机正常运行。
具体方案如下:根据实际问题的边界,指定沿隧道轴线里程增大方向为z轴正向,竖直向上为y轴正向,隧道掘进横断面向左方向为x轴正向,计算范围选为:在x轴方向取60m,竖直y轴方向取100m,隧道轴线z轴方向取80m。
所选的边界已经超出洞室开挖的影响范围(大于3倍洞径)。
模型长宽高尺寸为80m×60m×100m。
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隧道及地下工程flac解析方法
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《隧道及地下工程flac解析方法》基本概况：
《隧道及地下工程FLAC解析方法》是2009年中国水利水电出版社出版的图书，作者是李围。
《隧道及地下工程FLAC解析方法》以工程实例的形式深入浅出地介绍FLAC原理及其在隧道及地下工程力学行为分析中的应用技术。
内
容涵盖FLAC3D的基本原理，FISH语言入门指南及求解隧道及地下工程问题的基本过程，FLAC本构模型与单元，FISH语言及建模技术，隧道及地下工程设计与施工方法。
书中重点介绍采用FLAC3D程序进行隧道及地下工程力学行为分析的工程实例，包括双线铁路隧道施工过程数值模拟分析、分离式公路隧道施工过程数值模拟分析和地铁盾构隧道施工过程分析及施工过
程三维仿真分析。
《隧道及地下工程FLAC解析方法》是作者多年应用FLAC程序进行隧道及地下工程力学分析的成果总结，书中给出应用过程中的关键知识点和注意事项。
同时，《隧道及地下工程FLAC解析方法》附有所有实例的FLAC命令流程序，可供读者免费下载。
《隧道及地下工程flac解析方法》基本信息：
书名隧道及地下工程FLAC解析方法
作者李围
ISBN 9787508460420
类别建筑结构
页数259页
出版社中国水利水电出版社
出版时间2009年3月1日。