FLAC3D的实例应用分析

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FLAC3D基本原理及简单实例

FLAC3D基础知识
• 其中，体积模量K和剪切模量G与杨氏模量E和泊松比v有以下关系：
E 3(1 2 ) E G 2(1 ) K
9 KG 3K G 3K 2G G 2(3K G ) E
或
摩尔-库伦塑性模型需要材料参数有：（1）密度（2）体积模量（3）剪切模量（4）内摩擦角（5）粘聚力（6）抗拉强度如果不指定这些材料参数，其值将会自动默认为零。
3D
生成网格
执行变更
定义材料本构关系和性质定义边界、初始条件
计算结果保存及调用
图形绘制及结果输出
FLAC3D基础知识
指定材料模型
• 一旦完成了网格的生成，就必须给模型中的所有单元指定一种或者更多的材料模型及相应的性质。这可以用两个命令MODEL和 PROPERTY来完成。FLAC中有十种内置的材料模型，一般只用三种模型：MODEL null，MODEL elastic和MODEL mohr。 • MODEL null指的是从模型中去除的或开挖的材料； MODEL elastic 指的是各向同性弹性材料行为； MODEL mohr指的是摩尔-库伦塑性行为。 • MODEL elastic和MODEL mohr需要通过PROPERTY命令指定材料的性质，弹性模型需要的材料参数有： • （1）密度 • （2）体积模量 • （3）剪切模量
f t 3 t
式中，是摩擦角，C是粘聚力， t 是张拉强度，且有：
N
3
张拉强度不超过值，最大值由下式给定：
1 sin 1 sin
t max
c tan
2.2 FLAC3D常用材料本构模型
Mohr-Coulomb模型
流动法则

FLAC3D数值模拟在采矿工程的应用

一个多面体可能有5个、6个、7个或8个网格点，主要取决于多
面体的形状。给定每个节点的x，y和z值这样就具体确定了有限
差分单元，。其他叫法有：节点，交点。
有限差分栅格（Finite Difference Grid）……有限差分
网格是研究区域中一个或多个通过物理边界连接的有限差分单
元的集合。另一个叫法是网格，有限差分网格也可以标识出模
岩土力学/岩石力学分析，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
程不存在数值上的障碍显示求解具有较快的非线性求解速度
FLAC3D简介
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：高辐射废料地下埋藏的性能评价 12 大变形材料分析：用于研究粮仓谷物流动及井巷和矿洞中材料的总体流动
开始
生成网格并调整网格的形状；持续的运动和连续的物质属性；特定的边界条件和初始条件。
到达平衡状态
效果是否符合要求
作如下改变：开挖模型的物质属性
改变边界条件

FLAC3D数值模型深度开发及能量分析法的实现及应用

FLAC3D数值模型深度开发及能量分析法的实现及应用摘要：传统数值模拟分析，主要是分析应力云图、表面位移、塑性区分布，我们结合工作实际，额外提供一种新的分析方法，即能量法，该分析方法可用于巷道围岩的稳定分析、围岩冲倾向及冲击发生部位的预测、巷道锚杆锚索支护结构破坏的预测等方面，指导现场施工，优化巷道支护设计，可以模拟出围岩冲击倾向性指标值、预判巷道破坏部位，从而能够及时采取措施，预防支护失稳及围岩冲击破坏等灾害的发生。

关键词：FLAC3D；数值模型；开发；能量分析；应用前言弹塑性力学中，当弹性体受到外力作用后，不可避免地要产生变形，同时外力的势能也要发生变化。

当外力缓慢地（不致引起物体产生加速运动）加到物体上时，视作静力，便可略而不计系统的动能，同时也略去其他能量（如热能等）的消耗，则外力势能的变化就全部转化为应变能（一种势能）储存于物体的内部。

当巷道开挖前或工作面回采前，围岩处于自然平衡状态，即原岩应力状态，同时围岩内部存储的能量也处于平衡状态，即原始能量场，视作静态能量场，当开巷或回采资源后，破坏了原来的应力平衡，围岩内应力将会按照岩石介质的本构关系重新分布，形成新的平衡状态，即形成二次应力场，在围岩应力重新平衡过程中，围岩不可避免的产生应变，围岩内部能量场也重新分布，形成新的能量场。

随着计算机技术的快速发展，数值仿真方法成为一种重要的工程分析手段，本文通过FLAC3D数值分析软件内置编程语言，将弹塑性力学公式程序化，并通过FLAC3D图形显示模块，将巷道周围围岩的能量场可视化，从而分析开挖体周围的能量聚集状态，其结果可用于：巷道围岩的稳定分析、围岩冲击倾向及冲击发生部位的预测、巷道锚杆锚索支护结构破坏的预测等方面，指导现场施工，优化巷道支护设计，结合围岩冲击倾向性指标值预判巷道冲击可能和破坏部位，从而能够及时采取措施，预防支护失稳及围岩冲击破坏等灾害的发生。

1需要解决的技术问题首先是巷道围岩的稳定分析，其次是围岩冲倾向及冲击发生部位压的预测，第三就是对巷道锚杆锚索支护结构破坏的预测。

利用FLAC3D分析某边坡地震稳定性

利用FLAC3D分析某边坡地震稳定性一、本文概述随着全球气候变化和人为活动的加剧，地震等自然灾害对人类社会和自然环境的影响日益显著。

边坡作为地壳表面的一种常见地貌形态，其稳定性对于防止地质灾害、保护人民生命财产安全具有重要意义。

FLAC3D作为一款广泛应用于岩土工程领域的数值模拟软件，其强大的三维有限差分计算能力使得它成为分析边坡地震稳定性的重要工具。

本文旨在利用FLAC3D软件，针对某一具体边坡进行地震稳定性分析，探讨其在不同地震动作用下的响应特征，以期为边坡工程的设计、施工和维护提供理论支持和决策依据。

本文首先将对FLAC3D软件的基本原理和计算方法进行简要介绍，阐述其在边坡稳定性分析中的适用性。

接着，结合某一具体边坡的实际情况，建立相应的数值模型，并设定不同等级的地震动作为输入条件。

通过数值模拟，分析边坡在地震作用下的变形、应力分布以及破坏模式，探究边坡的稳定性变化规律。

本文还将讨论不同影响因素，如边坡几何形态、材料性质、地震动强度等对边坡稳定性的影响，以期全面评估边坡的地震稳定性。

通过本文的研究，旨在深入了解FLAC3D在边坡地震稳定性分析中的应用，为边坡工程的安全设计和有效管理提供科学依据。

也为类似工程问题的研究提供参考和借鉴。

二、FLAC3D软件介绍FLAC3D（Fast Lagrangian Analysis of Continua in 3 Dimensions）是一款由Itasca公司开发的专门用于模拟岩土工程问题的三维显式有限差分程序。

该程序基于拉格朗日描述，能够模拟岩土体在复杂应力路径下的变形和流动行为。

由于其强大的计算能力和灵活的建模方式，FLAC3D在岩土工程领域得到了广泛的应用。

FLAC3D的核心优势在于其能够模拟岩土体的弹塑性行为、大变形、流动和破坏过程。

程序内置了多种本构模型，如Mohr-Coulomb 模型、Drucker-Prager模型等，这些模型能够准确描述岩土体的应力-应变关系。

3.FLAC应用举例分析

3 FLAC应用举例分析以上内容详细地介绍了使用FLAC程序建模的过程，以及建模过程中应注意的问题，下面将用实例进一步说明FLAC二维程序以及三维程序的具体应用。

1、北京市引进陕甘宁天然气市内扩建工程圆明园调压站进出线下穿京包铁路及城市铁路暗挖工程。

(1)工程简介本工程为北京市引进陕甘宁天然气市内扩建工程圆明园调压站进出线土建工程的一部分。

该工程位于海淀圆明园前八家西侧、下穿城市铁路及京包铁路。

暗挖隧道呈东西走向，全程61.455m，隧道中线与京包线相交处铁路里程为K19+579.6，与城铁相交处城铁里程为K7+897.4。

为了确保北京市引进陕甘宁天然气市内扩建工程圆明园调压站进出线下穿京包铁路及城市铁路暗挖工程施工期间的安全，本着稳妥可靠、安全第一、经济合理、技术先进的原则，将对隧道在开挖过程中引起的上覆岩土层和暗挖隧道移动变形进行数值计算，以确定隧道施工引起的铁路地基沉降量和隧道变形量。

(2)数值计算模型由于隧道范围较长且左右对称，假设整个隧道在轴线方向变形很小，用平面应变模型假设，即垂直于计算剖面方向的变形为零，因此本工程选择其中一个剖面的右半部分进行数值模拟和力学分析。

图6-41 城铁暗挖工程岩性分布图隧道宽度5.7m ，模型宽度取半个隧道宽度的5倍，即14.25m ，模型总高度为24.15m ，其中：自地表至隧道顶部深度7.35m ，隧道高度4.2m ，隧道底部向下取隧道高度的3倍，即12.6m ，图6-41是数值计算模型岩性分布图。

根据模型的尺寸，模型共划分为15295个平面单元，构成计算模型单元网格尺寸平均为0.15×0.15m(图6-42)，模型两侧限制水平方向移动，模型底面限制垂直方向移动。

高填土素填土粉质粘土注浆区砼衬砌y =2.7 kPa挖引起的地面最大位移为17.47mm，在隧道一侧的地表下沉影响宽度为8m左右，隧道顶部沉降量为10.52mm。

计算结果表明：整个隧道的垂直位移场和水平位移场的分布是合理的，引起的路面沉降量也在合理的范围以内，因此采用标号C25的混凝土衬砌以及注浆加固部分土体可以满足工程的稳定性需要。

《FLAC 原理实例与应用指南》 FLAC3D 实例分析教程

2．计算算例参考了Itasca Consulting Group 的培训算例，命令流的解析旨在方便读者理解FLAC 和FLAC3D 建模及求解问题的一般原则与步骤。

3．实例分析的算例中，FLAC 算例是基于FLAC 5.00 版本、FLAC 3D 算例是基于FLAC 3D 3.00 版本实现计算分析的。

读者在学习和研究相关算例时，请务必采用Itasca 授权的合法版本进行分析计算。

4．本实例分析教程仅供读者参考，读者在参考本教程算例进行工程分析时，编者对可能产生的任何问题概不负责。

编者2005.10.182实例分析1：基坑开挖图1：基坑开挖的位移等值线图例1：; simple tutorial – trench excavation;简单的隧道开挖方法; Step 1: create initial model state;第一步：初始模型的建立; create grid; 建立网格gen zone brick size 6 8 8;建立矩形的网格区域，其大小为6×8×8; assign material;指定材料的性质model mohr;采用摩尔-库仑模型prop bulk 1e8 shear 0.3e8;模型的材料性质：体积模量1×108 剪切模量0.3×108prop fric 35 coh 1e3 tens 1e3;摩擦角35°粘聚力1×103 抗拉强度1×103; set global conditions;设置全局参数set grav 0,0,-9.81《FLAC 原理实例与应用指南》FLAC3D 实例分析教程3;设置重力加速度，z 坐标正方向为正，故为-9.81ini dens 2000;初始密度为2000; set boundary conditions;设置初始边界情况fix x range x -0.1 0.1;在x 方向上固定x = 0 边界，为滚动支撑fix x range x 5.9 6.1;在x 方向上固定x = 6 边界，为滚动支撑fix y range y -0.1 0.1;在y 方向上固定y = 0 边界，为滚动支撑fix y range y 7.9 8.1;在y 方向上固定y = 8 边界，为滚动支撑fix z range z -0.1 0.1;在z 方向上固定z = 0 边界，为滚动支撑; monitor model variables to check for equilibrium;监控模型变量，并控制力学平衡hist unbal;监测不平衡力，并保留历史记录（在默认情况下，每十步做一次记录）hist gp zdisp 4,4,8;监测网格坐标点（4，4，8）在z 方向的位移，并保留历史纪录solve;运算，求解(默认情况下ratio= 1×10−5停止运算)pause;暂停save t1.sav;形成sav 文件，并保存为t1.savpause;暂停;rest t1.sav;恢复t1.sav 文件; Step 2: excavate trench;第二步：开挖隧道model null range x 2,4 y 2,6 z 5,10;在x（2，4）y（2.，6）z（5，10 ）范围内建立零模型（即开挖这一部分区域）pause;暂停set large;在全局下设置大应变状态initial xdis 0.0 ydis 0.0 zdis 0.0;把x，y，z 重新设置为0（因为我们只为了观察基坑引起的位移变化，;而不是从施加重力荷载引起的位移变化，这不会影响计算结果）pause《FLAC 原理实例与应用指南》FLAC3D 实例分析教程4;暂停step 1000;运算1000 步pause;暂停save t2.sav;形成sav 文件，并保存为t2.savret;放在批处理文件的最后，以返回FLAC3D的控制状态《FLAC 原理实例与应用指南》FLAC3D 实例分析教程5实例分析2：浅基础的稳定性分析图2 ：浅基础位移矢量图例2 ：;---------------------------------------------------------------------; -二维的条形基础在Tresca 材料中的塑性流动;---------------------------------------------------------------------gen zone brick size 20 1 10;建立矩形的网格区域，其大小为20×1×10model mohr;采用摩尔-库仑模型prop bul 2.e8 shea 1.e8 cohesion 1.e5;模型的材料性质：体积模量2.0×108 剪切模量1.0×108 粘聚力1.0×105 prop friction 0. dilation 0. tension 1.e10;内摩擦角0°剪胀角0°抗拉强度1.0×1010fix x range x -.1 .1;在x 方向上固定边界x =0（即只在x 方向上受约束）fix x y z range z -.1 .1;在x y z 方向上固定边界z =0（即为固定约束）fix x y z range x 19.9 20.1;在x y z 方向上固定边界x =20fix y《FLAC 原理实例与应用指南》FLAC3D 实例分析教程6;约束所有y 方向上运动fix x y z range x -.1 3.1 z 9.9 10.1;在x y z 方向上固定平面x =0，3 z= 10ini zvel -0.5e-5 range x -.1 3.1 z 9.9 10.1;在平面x =0，3 z= 10上初始化z方向的速度为−0.5×10−5def p_cons;用fish 语言定义函数p_conspdis1 = gp_near(0.,0.,10.);靠近坐标（0，0，10）的节点的地址赋予pdis1pdis2 = gp_near(0.,1.,10.) ;;靠近坐标（0，0，10）的节点的地址赋予pdis2p_sol = (2. + pi); 2 +π赋予p_solend;用于fish 语言的结尾p_cons;运行函数p_cons;---------------------------------------------------------------------; p_load : average footing pressure / c;场地的平均压力; c_disp : magnitude of vertical displacement at footing center / a;场地中心的垂直沉降量;---------------------------------------------------------------------def actLoad;定义函数actLoad（活荷载）（fish 语言的起始句）pnt = gp_head;把网格点指针的首个地址（gp_head）赋予变量pntpload = 0.0;定义变量pload 为0n = 0;定义变量n 为0loop while pnt # null;loop是循环命令，其条件是pnt ≠0if gp_zpos(pnt) > 9.9 then;当变量pnt 所对应的z 坐标大于9.9if gp_xpos(pnt) < 3.1 then;且x 坐标小于3.1 时pload = pload + gp_zfunbal(pnt);变量pload 为上次循环中的值与变量pnt 所对应的z 方向上的不平衡力的和n = n+ 1;n 自我加1endif;结束里面的ifendif《FLAC 原理实例与应用指南》FLAC3D 实例分析教程7; 结束外面的ifpnt = gp_next(pnt); 把网格点指针的下一个地址（gp_next）赋予变量pntendloop;结束循环actLoad = pload / (3.5 * z_prop(zone_head,'cohesion'));这里函数actLoad 的值，为后面的式子所赋予，其中pload 为循环结束后的最终;值z_prop(zone_head,'cohesion')为首个单元的粘聚力的数值c_disp = -(gp_zdisp(pdis1) + gp_zdisp(pdis2)) / 7.0; 同理，这里函数c_disp 的值，也为后面的式子所赋予，其中gp_zdisp(pdis1)为;变量pdis1 所对应的网格点在z 方向的位移，gp_zdisp(pdis2) 变量pdis2 所对应;的网格点在z 方向的位移end; fish 语言的结束句def p_err;定义函数p_errp_err = 100. * (actLoad - p_sol) / p_sol;函数p_err 的值为后面式子所定义end;fish 语言的结束句hist n 50;对n 做历史记录hist actLoad;对actLoad 做历史记录hist p_sol;对p_sol 做历史记录hist c_disp;对c_disp 做历史记录hist unbal;对unbal（不平衡力）做历史记录plot sketch;绘出轮廓线plot add vel;添加矢量plot add his 1 2 vs 3;绘出历史记录n，actLoad ，p_solcyc 15000;运行15000 时步print p_err;输出函数p_err《FLAC 原理实例与应用指南》FLAC3D 实例分析教程8save pran.sav;形成sav 文件，并保存为pran.savret;放在批处理文件的最后，以返回FLAC3D的控制状态《FLAC 原理实例与应用指南》FLAC3D 实例分析教程9FLAC3D 文件夹FLAC3D文件夹的内容文件夹内容Flac3d300…*3Dshop…CommandReferenceFISHinFLAC3D…FluidMechnicalInteractionOptionalFeaturesStructuralElementsTheoryBackgroud…UserGuideVerificationProblems…Resource可执行编码，DLLs，安装数据文件六面体网格的数据文件参考命令的数据文件FLAC3D 中的FISH 数据文件关于流体力学的相互作用的数据文件可选择属性的数据文件结构单元的数据文件理论和背景的数据文件用户指南的数据文件有关某些确定问题的实例的数据文件FLAC3D 的资源文件ManualsFlac3d300… FLAC3D用户指南（PDF格式）SharedDriversFishtankModels…ResourceUtility…驱动程序安装指南FISH 函数的Itasc 编码Itasc 用户定义的模型Itasc 资源文件―更新‖和―动画‖功能* 这里和下面的(…) 表示此文件夹下还有子文件夹。

flac3d在某古滑坡稳定性分析中的应用

flac3d在某古滑坡稳定性分析中的应用flac3D是一种用于建模和分析三维地质力学问题的三维离散元（DiscreteElement）技术，它可以用来模拟地质体、滑坡和泥石流等地质灾害，已经广泛应用于滑坡稳定性分析。

本文将以一个古滑坡稳定性分析为背景，介绍flac3D在分析中的应用。

本次分析的实例是一个位于某地的古滑坡。

该滑坡起源于一段时间以前，在山体上方有很多砂砾，下方接触着背斜粘土，水文情况良好。

在现实场景中，因滑坡堆积物的下滑而导致的破坏情况还不清楚，需要分析来帮助确定滑坡的稳定性和防治措施。

为了实现对上述滑坡的模拟和分析，我们需要将实际情况转换为计算机模型，以便进行稳定性分析。

为此，我们首先使用工程测量和地质调查获取山体地质形态资料，包括山体处理和颗粒大小分布等。

然后，收集和加工地面测量数据，包括结构和物质强度、动力学模型和破坏性参数。

接下来，利用flac3D程序建立滑坡模型，并利用获取的地质资料对模型进行调整和分析。

为了有效模拟滑坡的动态形态变化，我们使用逐步开采的模拟，通过自动发射来模拟施阻力所造成的滑坡变形，并根据结果得到滑坡变形量。

为了确定破坏性参数，我们利用flac3D建立几个相似的模型，其中模拟条件基本相同，但破坏性参数不同，可以有效模拟滑坡的形态变化。

从形态变化的模拟结果中，我们确定出最合适的破坏性参数，用于最终的稳定性分析。

最后，我们还使用了flac3D对获得的模型进行稳定性分析，计算出滑坡的定性和定量稳定性系数，并根据分析结果给出防治建议。

通过使用flac3D，我们顺利完成了上述滑坡稳定性分析。

综上所述，flac3D是一个功能强大的建模和分析工具，在本次滑坡稳定性分析中大显身手，可以有效模拟滑坡变形并确定破坏性参数，并可以有效计算定性和定量稳定性系数，从而为滑坡防治提供参考。

本文虽然只介绍了一个实例，但可以认为flac3D的应用和影响远不止于此，在研究和预测地质灾害和稳定性分析方面发挥着重要作用。

FLAC3D的实例应用分析

FLAC3D的实例应用分析首先是岩土工程领域。

FLAC3D可以用于模拟岩土体的力学行为，预测在不同荷载作用下的岩土体变形和破坏，为设计和施工提供依据。

例如在基岩边坡稳定性分析中，FLAC3D可以模拟边坡在自然的和工程加载下的变形和破坏，评估边坡的稳定性，并优化边坡设计。

另外，FLAC3D还可以用于模拟土体动力响应，预测地震荷载下土体的动力特性和地震响应，为抗震设计提供参考。

其次是矿产资源开发领域。

FLAC3D可以模拟矿山开采过程中岩体的破坏和变形，评估开采对周围环境的影响，提供合理的采矿方案。

比如在隧道开挖中，FLAC3D可以模拟隧道的开挖和支护过程，评估围岩的稳定性，指导隧道支护设计和施工。

此外，FLAC3D还可以用于矿山坍塌、局部塌陷和裂隙水压力分布等现象的模拟与分析。

第三是地下空间开发领域。

FLAC3D可以模拟地下空间的开挖、支护和使用过程，预测开挖对周围建筑物的影响，评估地下空间的稳定性和安全性。

例如在地铁隧道施工中，FLAC3D可以模拟盾构掘进和地面沉降过程，评估地下水位、水压及地表沉降对周围土体的影响，指导施工方案的调整与优化。

最后是地质灾害研究领域。

FLAC3D可以模拟地质灾害的发生过程，了解其机理和演化规律，评估灾害对人类和环境的影响，提出相应的防灾措施。

例如在滑坡研究中，FLAC3D可以模拟土体的滑动过程，预测滑坡位置、速度和影响范围，为滑坡防治提供科学依据。

此外，FLAC3D还可以用于模拟地震、火山喷发和地下水位变化等灾害事件的发生和演化。

综上所述，FLAC3D在岩土工程、矿产资源开发、地下空间开发和地质灾害研究等领域有着广泛的应用。

它的模拟能力和计算精度使其成为解决实际问题的重要工具，为工程设计和决策提供准确、可靠的技术支持。

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沿煤层走向综放工作面中部围岩主应力场
140.8m
老顶岩层
采空区
沿煤层倾斜剖面工作面前方150m围岩主应力场
沿煤层倾斜剖面工作面前方15m围岩主应力场
沿煤层倾斜剖面工作面处围岩主应力场
沿煤层倾斜剖面工作面后方200m围岩主应力场
2.5﹑沈阳地铁沈阳站施工力学行为分析
沈阳地铁一号线线路图
2.2 程潮铁矿主溜井特大塌方治理
24 m
N
措施井
1# 主溜井
2# 主溜井
西风井
1#、2#主溜井的布置图
“托斗法”法方案主视图
“托斗法”方案局部剖视图
加固前后主溜井围岩位移矢量场
卸矿水平剖面
加固前
加固后
加固前后主溜井围岩位移矢量场
卸矿井筒剖面
加固前
加固后
2.3 鹤壁四矿村庄下厚煤层特殊开采
2 2
0
x
f f3 f 1 2h x 0
2 f x 2 f1 f 3 2 f 0 h2 0
f f2 f4 y 2h 0
2 f 2 y
f2 f4 2 f0 h2 0
剖面图
700m 280m
杨吕寨
420m 750m F7
51
300m 430m
4F204
51
706m
4F206
63.5
4F105
54
2000m
中央条带两翼长壁开采方案
150m
80m
150m
三维计算模型图
1800 m
F7 4F105 4F206 4F204 1500 m
650 m
中央条带两翼长壁工作面开采后地表下沉
1.1、有限差分法
h f f1 f 0 h x 0 2
2
f x 2
2
0
y
12 8 11 3 7 4 0 2 10 h 5 1 6 9
h
h f f 2 f 3 f 0 h 2 x 0 x
二﹑FLAC3D应用实例三﹑FLAC3D软件应用四﹑FLAC3D模拟技巧
2.1、老虎台矿开采诱发矿震的力学机理分析

地质条件
F1
F26
F18
F25
F7-1
E5200剖面图
老虎台矿开采历史
老虎台矿自1907年开始开采，至今已有近百年的开采历史。
矿震事件统计
1988年1月至2000年5月，随着老虎台矿开采深度增大和向断裂构造逼近，矿震频率和震级都呈上升趋势，平均每月发生矿震52.2次，远远超出了抚顺地区天然地震的数量，最大震级达到3.6ML。
横观各向同性弹性模型德鲁克－普拉格模型
摩尔－库仑塑性模型应变硬化/软化摩尔－库仑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的Cam粘土模型
变形和剪切强度是体积变量函数的材料
1.4、FLAC3D结构单元
结构单元类型 1. 梁(beam)单元 2. 锚索(cable)单元 3. 桩(pile)单元 4. 壳(shell)单元 5. 格栅(geogrid)单元土工织物；土工格栅 6. 衬砌(liner)单元
矿震震级 (ML) 矿震数目 (次) 5721 1675 298 63 19 7776 11.5 1.62.0 2.12.5 2.63.0 3.13.6
合计
矿震震级、频度与时间特征
计算模型
F1-A F1 F16 F18
F26 F25
1100m
F7-1
z y x 3800m
3000m
1999-2000
沈阳站地表建筑图
沈阳站纪念碑沈铁大旅社中华路
沈阳站剖切模型图
地下结构模型图
Z
Y
X
Z Y X
Z
Y
X
开挖后地表土体位移分析
Z向位移
X向位移
Y X
Z
Y
Y向位移
Z X
Y
Z
X
基坑开挖后围护结构分析
主应力矢量图
围护结构水平位移图
0
-10
Z
-20
X0
Y
10 20 30 40 50 60 70 80
beam
cable pile
shell
geogrid
liner
1.5﹑FLAC3D接触单元
接触单元原理
1. 三角形单元(无厚度!) 2. 三种工作模式 a. 粘结界面 b. 粘接滑移 c. 库伦滑动
1.6、FLAC3D界面介绍
命令栏
1.6、FLAC3D界面介绍
图形显示窗口
提
纲
一﹑FLAC3D软件简介
Axes
86
101 82 80
50 49 49 36 35
Linestyle
77 78 76
45 41
59
71 66 61 43
37 29 33 25 33
57 55
34 20 19
52 33 41 31 21 23 6 51
53 15 11
19
13 9
21 17 5 17
18 4 3
17 7 13
8.2
8.4
8.6
8.8
9.0
9.2
9.4
9.6
Step
(1992-2000)
2.5
Shear Disp., mm
78001-1
2 1.5 1 0.5 0 7.8 8.0 8.2 8.4 8.6 8.8 9.0 9.2 9.4 9.6 Step
F25断层-200m
近断层岩体的动力学响应
Shear Disp., mm
Z 4 Y 3
1
Z
9
2 1
X 2
Y
1
X
节点
单元
3.3、基本单元生成
1400
1200
6 4
1200
1000
2 0
1000
y(m)
800
-2 -4
y(m)
800
600
-6 -8
600
400
Байду номын сангаас
-10 -12
400
200
Ex = (-11.8236,11.3979)(mm/m)
200 400 600 800 1000 1200 1400
200
Ey =(-12.8346,12.839) (mm/m)
200 400 600 800 1000 1200 1400
x(m)
x(m)
(a) X-方向
(b) Y-方向
2.4 综放采场围岩应力分布与稳定性研究
600m
500m
三维模型
314.17m
模型剖面图
走向剖面
314.17m
500m
倾向剖面
600m
314.17m
综放工作面煤层内垂直应力分布三维视图
新的应力
1.3、FLAC3D本构模型
1. 开挖模型null 2. 3个弹性模型 a. 各向同性弹性 b. 横观各向同性弹性 c. 正交各向同性弹性 3. 8个塑性模型 a. Drucker-Prager模型 b. 双线性应变硬化/软化遍布节理模型 c. Morh-Coulomb模型 d. 应变硬化/软化模型 e. 遍布节理模型 f. 修正剑桥模型和胡克布朗模型
3.2 、FLAC3D基本称谓
节点结构单元模型边界水平应力边界
单元
水平应力边界
内部边界
位移边界
FLAC3D 3.00
Settings: Model Perspective 08:46:55 Sat Jul 29 2006
121
Center: Rotation: X: 2.000e+000 X: 25.000 Y: 2.000e+000 Y: 0.000 Z: 2.000e+000 Z:5 40.000 12 124 120 Dist:1 1.486e+001 Mag.: 0.64 23 119 115 122 118 Ang.: 22.500 11 4
1﹑FLAC3D软件简介
4. 采用“混合离散法”用以精确模拟塑性坍塌和塑性流动。这种方法比有限元法中采用的渐进迭代更为有效。 5. 采用全动力运动方程，即时对于静力问题也是如此。这使得FLAC3D能够没有任何障碍地模拟物理不稳定性问题。 6. 采用显示求解方式（与常用的隐式方法比较）。显示方法在求解非线性问题的（应力－应变关系）时间几乎等同于线性关系问题，而隐式算法可能花费很长时间，因为它并不需要储存任何矩阵，因此，不需要修改刚度矩阵，这就意味着：（a）具有中等内存的计算机能够采用较多的计算单元模拟；（b）模拟大应变问题比小应变问题几乎不多花计算时间。
主讲：王金安
教授
提
纲
一﹑FLAC3D软件简介二﹑FLAC3D应用实例
三﹑FLAC3D软件应用四﹑FLAC3D模拟技巧
1﹑FLAC3D软件简介
1. FLAC3D——Fast Lagrangian Analysis of Continua in 3Dimensions 2. FLAC3D建立在拉格朗日算法基础上，采用有限差分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，这对研究岩土工程设计是非常重要的。 3. FLAC3D适用模拟计算岩土材料力学行为，特别适合模拟大变形和扭曲，包括材料的高度非线性(应变硬化/软化)、不可逆剪切破坏和压密、粘弹(蠕变)、孔隙介质的应力—渗流耦合、热—力耦合以及动力学问题等。