flac初始地应力生成——第4讲
flac结构单元用法
flac结构单元用法本人没有做过桩锚或桩＋支撑的围护形式，不知道pile单元在靠近开挖面一侧当土体被开挖时，pile于土体的接触会是什么样子？（1）cable单元模拟锚杆（全长连接、非全长连接，预应力锚杆），土钉等（2）beam单元模拟支撑、围檩、冠梁等（3）liner单元模拟面层，地下连续墙（4）pile单元模拟钻孔灌注桩，SMW工法，超前支护（注浆钢管、微型桩），抗滑桩等。
一般的搅拌桩可用zone＋interface解决。
FLAC学习总结一个在使用flac3d的兄弟(QQ:65006196)1、得到初始应力的方法：方法1、可以先给一些材料参数很大的值，进行初始求解，在计算之前再将材料参数设为正常值，即可。
如在手册中给的第一个示例中就是这样做的。
下面是例子，These are only initial values that are used during the development of gravitational stresses within the body. In effect, we are forcing the body to behave elastically during the development of the initial in-situ stress state.* This prevents any plastic yield during the initial loading phase of the analysis.Gen zone brick size 6 8 8Mode mohrProp bulk 1e8 shear 0.3e8 fric 35Prop cohesion 1e10 tens 1e10 ;注意在此这个值给的很大。
Init dens 1000Set gravity 0 0 -10Fix x range x -0.1 0.1Fix x range x 5.9 6.1Fix y range y -0.1 0.1Fix y range y 7.9 8.1Fix z range z -0.1 0.1set mech force=50solve;---------------------- mode null ---------------------Prop coh 1e3 tens 1e3 ;改为正常值(在此例中我们故意给小值) Mode null range x 2 ,4 y 2 , 6 z 5, 10Set largeIni xdis 0 ydis 0 zdis 0 ;清零，不影响结果，为画图方便。
土木工程数值模拟(FLAC3D)课件第1章
对于对称的模型也可以采用镜像命令：
gen zone reflect norm -1 0 0 origin 0,0,0
网格单元间的连接
采用FLAC3D进行计算，所建立的模型需是一个 连续的整体，否则计算结果将出现较大的误差甚至 无法进行计算。对于在建立模型时，各关键点的坐 标是准确无误输入且各公共面的网格数和大小均完 全一致的模型，无需进行任何操作，模型即自动完 成相互间的连接。
对所有单元
应力—应变关系 (本构模型)
2020/7/10
节点力 单元积分 新的应力
10
简单实例
gen zone brick size 6 8 8 model mohr prop bulk 1e8 shear 0.3e8 prop fric 35 coh 1e3 tens 1e3 set grav 0,0,-9.81 ini dens 2000 fix x range x -0.1 0.1 fix x range x 5.9 6.1 fix y range y -0.1 0.1 fix y range y 7.9 8.1 fix z range z -0.1 0.1 hist unbal hist gp zdisp 4,4,8 solve save t1.sav rest t1.sav model null range x 2,4 y 2,6 z 5,10 set large initial xdis 0.0 ydis 0.0 zdis 0.0 step 1000 save t2.sav
这是通过radtun和 radcyl来组合生成所 需要的模型。它们两者的生成关键点的 描述存在较大的区别。
对于这两种基本的 网格，其公共面上的 关键点的对应关系更 需校核好，否则将出 现杂乱错误的网格。
flac学习笔记教学内容
目录一初次建模 (2)1.1 extrusion建模 (2)1.2 内置命令建模 (2)1.3 其他要点 (3)二flac基础知识 (4)2.1操作和术语 (4)2.2 约定和默认 (4)三实体建模技术 (5)3.1 初级建模技术 (5)3.2 中级建模技术 (6)3.3 如何分组 (7)四本构模型与材料参数 (7)4.1 本构模型 (7)4.2 材料参数 (7)五边界条件 (8)一初次建模1.1 extrusion建模新建命名字母开头菜单栏：import导入叉号：删除文件（撤销——编辑ctrl +z）画点先划线，点在线上成点。
空中画点（右键输坐标如0,0）。
删除线——delete。
画水平竖直线：按住ctrl。
右键设置显示菜单和ctrl时定位角度object properties显示、修改信息。
选择线不改大小，改点坐标控制三个按钮，控制参数、视角、information建立面（只能是三线或者是四线，否则会报错），默认网格数3，橘黄色（线比其他地方粗或密），增加网格先选择某一方向的线再用object properties-zones增加数目.面内划线按ctrlautozone按钮:改变单元大小，即网格长度、进深，网格总数。
进深：ZY 方向，改变Y方向长度，zone表示线的长度。
extrude（串联关系）:由上一部命令激活，但autozone改变大小时并不同步，此时再按该按钮就会同步（delete）,改变进深之后和模型（plot）一致。
改了就要同步。
分组：选择面里面的一个网格，右键，edit block pro或者按空格键--zone multiplier--左边三角形-group命名（绿色表示分组成功）。
分组可以是平面分组，也可以纵向分组。
show group 显示分组。
none组包括没有被分组的网格。
像上一次才能同步（delete）。
分组撤销-object properties-group减号可以对进深分组，重点将某一区域加密做重点研究。
FLAC教程
2.1.3 FLAC的应用 在国内主要用与岩土力学分析；例如矿体滑坡、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。现在已经逐步发展到应用于地 质力学问题的研究，主要测定工程地质、构造地质 学、大陆动力学。 在国外该软件开始主要泛用于岩土力学。现在主要 应用于以下几个方面的研究，如工程地质、构造地 质学、大陆动力学、成矿学。
(5)FLAC运动方程(含惯量项)的显式时间逼近解法允许 进行岩体的渐进破坏与跨落。摩擦材料剪切带的形成 与定位以及工程材料的大变形分析等。 (6)在求解过程中，FLAC又采用了离散元的动态松驰法， 不需求解大型联立方程组(刚度矩阵)，便于微机上实 现。 (7)它不但能处理一般的大变形问题，而且能模拟岩体 沿某一软弱结构面产生的滑动变形。
到此计算为个循环然本构方程拉格郎日元法原理图对于每个单元新的应力应变率lnfjjii??运动定律高斯定理节点力对于每个节点速度建立flac模型建立模型平衡状态检查模型反应flac算法流程图改变模型条件检查模型反应求解flac模型实施附加改变问题结果?上图给出了flac显示静态分析求解流程
本课程主要讲授内容
FLAC中可以模拟的模型
(1)零空模型(Mull)：代表网格中的孔洞(开挖单元)； (2)应变硬化/软化模型(SS)：代表非线性，不可逆剪切 破碎与压缩； (3)粘弹性蠕变模型； (4)界面模型(界面为平面，沿界面允许滑动和分开)： 模拟断层、节理和摩擦边界； (5)水利模型：模拟可变形空隙体与粘性流动的全藕荷； (6)结构单元模型：模拟岩土体加固、衬砌、锚杆、混 凝土喷层、可缩支柱及钢拱等。
(1)建立FLAC模型：实施FLAC算法，首先要建立FLAC 平面应变模型，包括生成网格，给定边界条件与初始 条件，定义本构模型与材料特性。例如，对于摩尔-库 仑塑性模型，其材料特性常数为密度、体积模量、剪 切模量、摩擦角、粘聚力、扩散角和抗拉强度等。
flac入门指南—2
对于位移边界，通常情况下是设置固定边 界，即约束各边界在法线方向不发生任何位移， 采用fix命令进行设置，例如： fix x range x 49.9 50.1 (平面x=50处) 若在计算过程中，需对原先约束的平面接 触约束，则采用free命令进行设置。 对于速度边界，则相应可理解为间接位 移边界，设置的边界节点的速度，将随着计算 时步产生相应的位移，对于日常生产中的伺服 控制以及一些常规的试验，如单轴三轴实验等 可采用速度边界来进行较准确的位移控制和定 位。
学习内容
• 1、基础知识
• • • •
2、建模、划分网格 3、本构模型及参数 4、边界条件、初始条件及加载 5、初始地应力的生成方法及初 始平衡求解 • 6、求解及结果输出
1、基础知识
1.1 通用菜单(界面，菜单，术语) 1.2一个简单分析计算样例
建模、划分网格 定义材料模型和参数 初始条件及边界条件 求解 结果分析
需要指出：只有网格数之间存在 整数倍的关系，才能采用attach 命令来进行连接，否则连接会失 败或仅能连接部分节点。
1.2634e6
Gen zone brick size 4 4 4 Gen zone brick size 4 4 4 p0 4.1 0 0 p1 8 0 0 p2 4.1 4 0 p3 4.1 0 4 Gen merge 0.1
设置初始应力的弹塑性求解：
gen zon bri size 1 1 2 model mohr prop bulk 3e7 shear 1e7 c 10e3 f 15 ten 0 fix z ran z 0 fix x ran x 0 fix x ran x 1 fix y ran y 0 fix y ran y 1 ini dens 2000 ini szz -40e3 grad 0 0 20e3 ran z 0 2 ini syy -20e3 grad 0 0 10e3 ran z 0 2 ini sxx -20e3 grad 0 0 10e3 ran z 0 2 set grav 0 0 -10 solve
FLAC讲义
第一讲FLAC技术的基本原理和应用范围1、FLAC基本简介与本构关系1.1 FLAC程序简介FLAC(Fast Lagrangian Analysis of Continua，连续介质快速拉格朗日分析)是由Cundall和美国ITASCA公司开发出的有限差分数值计算程序，主要适用地质和岩土工程的力学分析。
该程序自1986年问世后，经不断改版，已经日趋完善。
前国际岩石力学学会主席C. Fairhurst 评价它：“现在它是国际上广泛应用的可靠程序”(1994)。
根据计算对象的形状用单元和区域构成相应的网格。
每个单元在外载和边界约束条件下，按照约定的线性或非线性应力—应变关系产生力学响应，特别适合分析材料达到屈服极限后产生的塑性流动。
由于FLAC程序主要是为岩土工程应用而开发的岩石力学计算程序，程序中包括了反映岩土材料力学效应的特殊计算功能，可解算岩土类材料的高度非线性(包括应变硬化/软化)、不可逆剪切破坏和压密、粘弹(蠕变)、孔隙介质的固—流耦合、热—力耦合以及动力学行为等，另外，程序设有界面单元，可以模拟断层、节理和摩擦边界的滑动、张开和闭合行为。
支护结构，如砌衬、锚杆、可缩性支架或板壳等与围岩的相互作用也可以在FLAC中进行模拟。
此外，程序允许输入多种材料类型，亦可在计算过程中改变某个局部的材料参数，增强了程序使用的灵活性，极大地方便了在计算上的处理。
同时，用户可根据需要在FLAC中创建自己的本构模型，进行各种特殊修正和补充。
FLAC程序建立在拉格朗日算法基础上，特别适合模拟大变形和扭曲。
FLAC采用显式算法来获得模型全部运动方程(包括内变量)的时间步长解，从而可以追踪材料的渐进破坏和垮落，这对研究工程地质问题非常重要。
FLAC程序具有强大的后处理功能，用户可以直接在屏幕上绘制或以文件形式创建和输出打印多种形式的图形。
使用者还可根据需要，将若干个变量合并在同一副图形中进行研究分析。
1.2 本构模型FLAC程序中提供了由空模型、弹性模型和塑性模型组成的十种基本的本构关系模型，所有模型都能通过相同的迭代数值计算格式得到解决：给定前一步的应力条件和当前步的整体应变增量，能够计算出对应的应变增量和新的应力条件。
FLAC3D中初始地应力的生成方法
FLAC3D中初始地应力的生成方法FLAC3D是一种基于离散元素法（DEM）的三维数值模拟软件，用于对岩土体的力学行为进行模拟和分析。
在模拟过程中，准确的初始地应力是非常重要的，它对模拟结果的准确性有着直接的影响。
以下将介绍在FLAC3D中生成初始地应力的方法。
1.预设应力法：预设应力法是最常用的一种生成初始地应力的方法。
通过已知的岩土力学参数和地质条件，可以根据布里奇曼公式或其他适用的地应力公式计算得到各个方向上的应力大小。
对于岩石等均质材料，应力大小是相同的；对于土壤等各向异性材料，应力大小在不同方向上可能存在差异。
首先，需要定义应用于模型上表面的边界条件，可以通过设置边界条件来代表各个方向上的固定边界、受力边界等。
然后，根据预设的应力大小和岩土体的应力状态，将应力应用到对应的边界上。
最后，在FLAC3D的模拟中，岩土体的初始应力大小和方向将根据这些预设的边界条件来确定。
2.参考场法：参考场法是另一种生成初始地应力的方法。
它基于实测的地应力数据，并尝试在模拟中对真实的地应力状态进行复现。
首先，需要收集实测的地应力数据，比如利用地应力计等设备对模拟区域内的地应力进行测量。
然后，根据实测数据，选择一个合适的参考场，将实测的地应力数据应用到参考场上。
最后，在FLAC3D的模拟中，通过在模型上进行缩放和转换，将参考场上的地应力数据应用到模拟模型上，从而生成初始地应力。
3.数值模拟方法：数值模拟方法是一种使用FLAC3D自身的模拟功能来生成初始地应力的方法。
在这种方法中，先对初始地应力进行预估，然后进行数值模拟，并根据模拟结果进行修正，直到满足预设的收敛条件。
具体步骤如下：a.定义模型和材料属性：首先，需要定义FLAC3D中的模型空间和材料属性，包括模拟区域的大小、形状和材料类型等。
b.设置边界条件：根据模拟需求，设置合适的边界条件，包括固定边界、受力边界等。
c.进行数值模拟：根据预估的初始地应力，在FLAC3D中进行数值模拟，并得到模拟结果。
Flac使用基础知识
Flac使用基础知识1.sxx是指x方向的正应力,而szz是指z方向的正应力2.gp_head 结点指针循环，zone_head单元指针循环3.grad 线性梯度应力的关系4.apply施加边界条件，initial 施加初始条件。
5.dim就是dimension，尺寸。
一般指内部尺寸，比如radcyl内部的隧道的尺寸。
6.norm是表示法向量, dist是interface的厚度,norm是表示法向量与X、Y、Z 交角的余旋7.检测某点的最大主应力和最小主应力:hist zone sm ax(smin) id …8.apply sxx 1.0 hist x_stress就是把x_stress的历史记录当成一个力施加给xstress，hist x_stress前面的１表示１倍9.各点变形量用文件形式输出set log onset logfile gp-disp.txtset log off10.显示塑性区plo bl sta she-n 当前处于剪切破坏plo bl sta she-p 当前处于弹性,以前处于剪切破坏plo bl sta ten-n 当前处于抗拉破坏plo bl sta ten-p 当前处于弹性,以前处于抗拉破坏这跟flac3d的运算原理有关，它实际上是一个平衡计算扩散的求解过程。
与有限元的求解不同：有限元的计算是先组成总体的刚度矩阵，也就是模型有任何一个扰动，模型计算都要进行整体的应力平衡，这样很费内存，也是所有隐式计算程序都使用的方法，这不太符合实际岩体或土体的应力传播实际。
而flac3d软件是采用显式计算方法进行的编程，不用形成总体刚度矩阵，节省内存用量。
模型中的应力、位移传播、平衡过程比较符合工程实际。
以前处于塑性状态实际上是计算过程中（模型中的应力、位移传播、平衡过程中）局部平衡过程中出现的塑性状态。
在不断扩大的计算求解中可能该部位又一次调整为了弹性状态，也就是现在处于弹性状态，不过展示塑性区时也要算上该区域！11.id是指在整个结构中的编号，而cid是指在某一类比如说cable中的编号。
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new gen zone brick p0 0 0 -50 p1 27.5 0 -50 p2 0 5 -50 p3 0 0 -10 size 8 1 10 group clay gen zone brick p0 27.5 0 -50 p1 100 0 -50 p2 27.5 5 -50 p3 27.5 0 -10 ratio 1.1 1 1 size 12 1 10 group clay gen zone brick p0 0 0 -10 p1 27.5 0 -10 p2 0 5 -10 p3 0 0 0 ratio 1 1 0.8 size 8 1 4 group soil gen zone brick p0 27.5 0 -10 p1 100 0 -10 p2 27.5 5 -10 p3 27.5 0 0 ratio 1.1 1 0.8 size 12 1 4 group soil gen zone brick p0 0 0 0 p1 27.5 0 0 p2 0 5 0 p3 0 0 5 p4 27.5 5 0 & p5 0 5 5 p6 20 0 5 p7 20 5 5 size 8 1 5 group dam
Contour of SXX
Magfac = 0.000e+000 Gradient Calculation -2.1538e+004 to -2.0000e+004 -2.0000e+004 to -1.7500e+004 -1.7500e+004 to -1.5000e+004 -1.5000e+004 to -1.2500e+004 -1.2500e+004 to -1.0000e+004 -1.0000e+004 to -7.5000e+003 -7.5000e+003 to -5.0000e+003 -5.0000e+003 to -2.5000e+003 -2.5000e+003 to 0.0000e+000 0.0000e+000 to 5.4187e-001 Interval = 2.5e+003
Itasca Consulting Group, Inc. Minneapolis, MN USA
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从地应力场的应力云图。从图中可以看出，模型 底部σzz=40kPa，σxx=σyy=21.54kPa，这与采用公式 σzz=ρyz (z为土层深度)、σxx=σyy =kσzz的计算结果基 本一致。 此法常用于浅埋工程和地表工程数值模拟时的初 始地应力场生成，因此类工程的初始地应力场主要 是由岩、土体在自重作用下产生的。此外，由于是 弹性求解，在体系达到平衡时，岩、土体中并未有 产生屈服的区域。
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4.1.2 更改强度参数的弹塑性求解
该方法是指求解过程中始终采用塑性模型， 但为防止在计算过程中出现屈服区域，将粘聚 力和抗拉强度设为大值，计算至平衡后，再将 粘聚力和抗拉强度改为分析所采用的值计算至 最终平衡状态。 例4-2叙述的是采用该方法生成一个简单模 型初始地应力场的过程。计算条件中，除采用 例4-1所列参数外，增加表4-2所列土体强度参 数。
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注:粘聚力与抗拉强度栏中，括号内值为更改参数前求解的设定值 n gen zon bri size 1 1 2 model mohr prop bulk 3e7 shear 1e7 c 1e10 f 15 tension 1e10 fix z ran z 0 fix x ran x 0 fix x ran x 1 fix y ran y 0 fix y ran y 1 ini dens 2000 set grav 0 0 -10 solve prop bulk 3e7 shear 1e7 c 1e3 f 15 ten 0 solve plo con sz
12:30
n gen zone brick size 1 1 2 model mohr prop bulk 3e7 shear 1e7 coh 10e3 fri 15 ten 0 fix z ran z 0 fix x ran x 0 fix x ran x 1 fix y ran y 0 fix y ran y 1 ini dens 2000 set grav 0 0 -10 solve elas plo con sz
Contour of SZZ
Magfac = 0.000e+000 Gradient Calculation -4.0000e+004 to -3.5000e+004 -3.5000e+004 to -3.0000e+004 -3.0000e+004 to -2.5000e+004 -2.5000e+004 to -2.0000e+004 -2.0000e+004 to -1.5000e+004 -1.5000e+004 to -1.0000e+004 -1.0000e+004 to -5.0000e+003 -5.0000e+003 to 0.0000e+000 0.0000e+000 to 1.0063e+000 Interval = 5.0e+003
Itasca Consulting Group, Inc. Minneapolis, MN USA
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此法与前述弹性求解方法的不同之处在于，计算达
到最终平衡时，岩、土体中可能有产生屈服的区域。相
对而言，此法生成的初始地应力场要比弹性求解方法生 成的要合理一些，因为在实际工程中，即使是在初始地 应力场作用下，岩、土体内部存在屈服区域也是有可能 的。
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在FLAC3D中，初始应力场的生成办法较 多，但通常用的是以下三种方法，即弹性求解 法、改变参数的弹塑性求解法以及分阶段弹塑 性求解法。下面将以下表所述简单模型为例。
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4.1.1 弹性求解法
初始地应力的弹性求解法生成是指将材 料的本构模型设置为弹性模型，并将体积模 量与剪切模量设置为大值，然后求解生成初 始地应力场。 例4-1叙述的是采用该法生成上述简单 模型的初始地应力场的过程。 命令流：见4-1.dat
初始地应力场的生成及应用
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学习内容
常用的初始地应力场生成方法 常见工程初始地应力场的生成
路基施工过程的模拟
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4.1 初始地应力场生成方法
在土木工程或采矿工程领域中，初始地应力场 的存在和影响不容忽略，它既是影响岩体力学性质 的重要控制因素，也是岩体所处环境条件下发生改 变时引起变形和破坏的重要力源之一。因此，要想 较真实地进行工程模拟仿真，必须保证初始地应力 场的可靠性。初始地应力场生成的主要目的是为了 模拟所关注分析阶段之前岩、土体已存在的应力状 态。本章介绍FLAC3D中初始地应力场的生成方法 及应用。
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FLAC3D 3.00
Step 163 Model Perspective 09:48:52 Fri Jun 10 2011 Center: X: 5.000e-001 Y: 5.000e-001 Z: 1.000e+000 Dist: 6.030e+000 Rotation: X: 20.000 Y: 0.000 Z: 40.000 Mag.: 1 Ang.: c. Minneapolis, MN USA
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应用实例
地基计算深度为50m，分为两层，上部为回填土，厚度为10m， 下部为粘土，厚度为40m；路基计算宽度为200m，填筑高度为5m， 坡度为1:1.5。要求分析路堤填筑后土层的应力、位移状态。各土层物 理、力学参数如下表所示。
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4.1.3 分阶段弹塑性求解法
该方法是分成两个阶段求解:首先，程序自 动将模型所有组成材料的粘聚力和抗拉强度分 别设置为较大值，进行弹性求解，直至体系达 到力平衡状态，接着将粘聚力和抗拉强度重置 为初始设定值进行弹塑性阶段的求解，直至体 系达到力平衡状态。 该方法只适合计算模型采用MC模型的情况。
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FLAC3D 3.00
Step 164 Model Perspective 09:17:33 Wed May 30 2012 Center: X: 5.000e-001 Y: 5.000e-001 Z: 1.000e+000 Dist: 6.030e+000 Rotation: X: 20.000 Y: 0.000 Z: 30.000 Mag.: 0.8 Ang.: 22.500
12:30
12:30
FLAC3D 3.00
Step 164 Model Perspective 13:09:51 Fri Jun 10 2011 Center: X: 5.000e-001 Y: 5.000e-001 Z: 1.000e+000 Dist: 6.030e+000 Rotation: X: 10.000 Y: 0.000 Z: 40.000 Mag.: 1 Ang.: 22.500
Itasca Consulting Group, Inc. Minneapolis, MN USA
12:30
FLAC3D 3.00
Step 163 Model Perspective 11:24:07 Fri Jun 10 2011 Center: X: 5.000e-001 Y: 5.000e-001 Z: 1.000e+000 Dist: 6.030e+000 Rotation: X: 20.000 Y: 0.000 Z: 40.000 Mag.: 1 Ang.: 22.500
Contour of SZZ