采矿工程数值计算方法——FLAC建模技巧与工程应用
flac矿山压力模拟计算
FLAC程序使用手册FLAC 输入命令FLAC 的输入和一般的数值模拟的程序不一样, 它可以用交互的方式从键盘输入各个命令, 也可以写成命令文件, 类似于批处理, 由文件来驱动。
FLAC 命令大小写一样。
所有的命令可以附带若干个关键词和有关的数值。
在下面的命令解释中, 只有大写的字母起作用, 小写的字母写不写、写多少个都没有崐关系。
i,j,m 和 n 开始的变量要求整型数, 否则要求实型数。
•实型数的小数点可崐以忽略, 但是整型数不能带小数点。
数值间可以用空格隔开, 空格的数目不限,•也可以用下面的分隔符隔开:( ), / =< > 表示可选的参数, 输入时括号不用输入;... 表示可以有任意个参数。
由 * 号开始到行末为注释, FLAC 在执行时不理会。
下面的 FLAC 命令按字母排列。
Apply 关键词 = 数值 <关键词 = 数值 ...> <范围>可以有下面的关键词:Pressure 压力XForce X-方向的力YForce Y-方向的力ATtach 该命令可以将一条线上的结点和另一条线上的结点互相接合在一起, 用以形成复杂的网格形状。
Call 文件名写成的命令文件可以用 Call 命令来调用, 命令文件的最后一行必须是RETUR N, 以返回到交互方式。
命令文件中不能有 CALL 命令本身。
Config 关键词FLAC 用以解平面应变问题, •但经过配置命令也可以用于解平面应力问题或轴对称问题。
需要时应在形成网格之前发。
关键词有:P_STR 平面应力问题AX 轴对称问题CYC n该命令同 STEP, 为执行 n 个时步的循环运算。
Fix X <Mark> <范围>YX Y用此命令可以使 <范围> 内结点的 x- 或 y- 方向的速度保持不变。
<范围> 的格式可以是 I = i1,i2, J = j1,j2; i 和 j •何者先输入没有关系。
数值计算方法在采矿工程中的应用
数值计算方法在采矿工程中的应用作者：杨桂松来源：《商情》2020年第38期【摘要】现在的采矿工程已不仅是开采问题，而且还要注意围岩稳定性和岩层控制。
随着计算机技术的发展，数值计算在采矿问题分析中得到广泛的应用。
其中应用最多的数值方法有：有限差分法、有限元法、边界元法、加权余量法半解析元法、刚体元法、非连续变形分析法、离散元法等。
根据采矿工程的自身特点，数值模拟在解决该问题的作用越来越大。
【关键词】采矿工程;数值模拟;围岩稳定;岩层控制1、引言随着计算机技术的发展，数值计算在采矿和岩土工程问题分析中得到了广泛的应用。
其中应用最多的数值方法有：有限差分法、有限元法、边界元法、加权余量法半解析元法、刚体元法、非连续变形分析法、离散元法等。
从20世纪60～70年代开始国际上很多机构开始开发有限元算法的分析软件，其中国际著名的有限元分析软件有ADINA、ANSYS、MSC等。
但由于不是专门为岩土和采矿工程而开发，在解决某些岩土和采矿问题，如分析软岩巷道的大变形和采矿工程中顶板垮落等问题时经常很难计算，于是专门为岩土和采矿工程数值分析软件应运而生，如FLAC、UDEC、RFPA等。
这些软件都可以与CAD软件无缝集成，具有自动建模能力，可求解非线性问题和耦合场，同时程序具有开放性。
2、数值模拟方法基本原理数值分析软件都是基于弹性理论解决岩体非线性变形与破坏问题的数值方法。
岩体是一种脆性极强的材料，往往在受力不大时就发生破坏与断裂，大多数软件基于岩体的此特性，通过引进“基元”与“相变”的微观概念，建立了弹性损伤力学这一数学模型。
3、数值模拟方法在采矿工程中的应用3.1数值模拟的步骤采矿工程中的数值模拟可分为以下步骤：1）确定模型分析目的;2）创建物理系统的概念图;3）建立和运行简单的理想化模型;4）收集具体问题的数据;5）准备一系列详细的模型来运行;6）完成模型计算;7）提出结果用于解释。
按照以上的步骤，可以有效解决采矿工程中的岩土工程问题。
(完整word版)FLAC建模方法与技巧
采矿工程数值计算方法——FLAC建模技巧与工程应用1 FLAC建模方法1。
1 建模(1)设计计算模型的尺寸（2）规划计算网格数目和分布（3）安排工程对象(开挖、支护等）（4）给出材料的力学参数（5）确定边界条件（6）计算模拟1。
2 网格生成:Grid i,j 例如：grid 30，201。
3 网格规划：Gen x1，y1 x2,y2 x3，y3 x4,y4例如：Gen 0，0 0，10 10,20 20，01.4 分区规划网格。
例如:Gen xI1，yI1 xI2,yI2 xI3，yI3 xI4,yI4 i=1，10 j=1,21 （I区）Gen xII1，yII1 xII2，yII2 xII3,yII3 xII4,yII4 i=10,20 j=1，21 (II区）1。
5 特殊形状的网格（1)圆形gen circle xc,yc rad（2）弧线gen arc xc,yc xb，yb theta(3）直线gen line x1，y1 x2，y2（4)任意形状tab 1 x1，y1，x2,y2，¼,xn,yn，x1，y1 gen tab 11.6 赋给单元材料性质mod e （弹性)prop d 1800e-6 bu 12.5 sh 5。
77 i=1,20 j=1,10prop d 2400e-6 bu 1250 sh 577 i=1,20 j=11，20mod m （弹塑性Mohr—Coulumb准则）prop d 1800e-6 bu 12.5 sh 5.77 c 0 fri 20 ten 0。
015 reg i，j 1.7 赋给模型边界条件(1）固定边界（结点）Fix x i=1，j=1，21 Fix y i=1，21 j=1（2）施加边界力（结点）apply yf —10 i=1,21 j=21或apply syy -10 i=1,21 j=21或apply xf —5 i=21，j=1，21或apply sxx -5 i=21, j=1,21（3）赋单元内应力（单元）ini sxx -10 i=1，20 j=1,20ini syy -5 var 0 4 i=1,21 j=1,211.8 计算Set grav 9。
2.FLAC建模的基本方法和程序
2 、FLAC建模的基本方法和程序2.1 FLAC程序建模方法通过建立数值计算模型求解不同的工程地质问题。
下面给出FLAC程序了具体的解题步骤以及应注意的相关问题。
一、根据实际工程规划计算模型，主要包括以下五个方面的内容:(1)设计模型尺寸：计算模型范围的选取直接关系到计算结果的正确与否，模型范围太大，白白耗费了计算机能源，模型范围太小，计算结果失真，不能给实际工程指导性的意见，因此合理的选择计算模型的范围至关重要；(2)规划计算网格数目和分布：计算模型的尺寸一旦确定，计算网格的数目也相应确定，程序中所能容纳的计算网格数目和计算机的CPU以及内存有重要的关系，因此一台配置较好的计算机是非常重要的。
程序中为了减少因网格划分引起的误差，网格的怛宽比应不大于5,对于重点研究区域可以进行网格加密处理；(3)安排工程对象(开挖、支护等)：对于需要开挖或者支护的工程，应在建模过程中进行规划，调整网格结点，安排开挖以及支护的位置等；(4)给出材料的力学参数：在建模时，应根据实际工程确定本构关系，给模型赋以相应的力学参数，力学参数往往来源于现场或者试验；(5)确定边界条件：模型的边界条件包括位移边界和力边界两种(包括模型内部出适应力和位移)，在计算前应确定模型的边界状况。
二、做好以上的规划准备后，须在计算机上建立模型，建模过程中具体操作步骤和常用的语句介绍如下：⑴网格生成：grid i,j模型开始建立时，首先应该给出模型在X方向上总的单元格数目i和模型在Y 方向上总的单元格数目j,例如：grid 30,20mod eY、八j=20图6-29地应力场六、开始计算程序在计算前，还应该设置以下参数：（1）根据实际情况施加重力加速度，施加重力加速度的语句如下：set grav 9.81 （重力加速度的数值可根据实际情况进行选取）（2）假如程序中允许大变形发生，则使用下面语句：set large （值得注意的是采用大变形后，在计算过程中网格由于变形过大易出问题）（3）根据实际工程设置程序计算的步数：step n （n为计算的步数）（4）将计算结果存盘，以便以后调用：save file.sav （file为存储的文件名）七、结果显7K模型计算完成后，需要根据计算结果的应力场、破坏场以及位移场等对工程进行评价和分析，主要用到以下语句：(1)plot(2)plot(3)plot(4)plot(5)plot(6)plot(7)plot(8)plot(9)plot grid：显示计算模型的网格；bo：显示模型的边界；plas：显示塑性区；sig 1 fill：显小最大主应力O|； sig2 fill：显示最小主应力。
基于GIS-Excel快速FLAC^3D数值模拟建模方法研究
法，以某煤矿区的测量及地质采矿资料为数据基础，对矿区进行建模。结果表明，这种新的建模方法
速度快、
精度高且不易出错。
关键词：
FLAC3D；数值模拟；分块节点；网格点
中图分类号：P456 文献标识码：
于南部采区，说明魏庙断层是一个大型阻水断层，南北
为 SO4·Cl·HCO3- Ca·Mg·Na。结果表明底部含水层
采区流场也不相同，应该区别对待。
和太灰含水层存在水力联系。
3.3
4
底部含水层颗粒成分及大小特征
结束语
底部含水层属于冲积、坡积相沉积，岩性复杂，主
（1）底部含水层直接覆盖在古地形基岩面上，主要
南北采区对比发现，北部采区的单位涌水量和渗
透性系数都要大于南部采区。
3.5
底部含水层的水化学特征
据勘探时期的补 306、补 303、26-275、补 302 等钻
参考文献：
[1]
[2]
[3]
[4]
关文博.煤田水文地质工程地质研究[M].中国矿业大学出版
社,1999.
孟达.煤矿地质学[M].煤炭工业出版社,2000.
（2）水文地质资料，如：采区地形地质及综合水文
地质图、钻孔综合柱状图、矿层赋存条件、上覆岩层物
理力学性质等；
图3
（3）开采工作面资料，如：工作面底板等高线图、工
岩层厚度计算示意图
作面地质说明书、回采工作面水文地质情况分析报告、
由图 3 可得公式（1）如下：
d0 dx
=
H0 H
开采厚度、回采时间及周围开采情况等；
FLAC软件在林南仓矿巷道支护中的应用
FLAC软件在林南仓矿巷道支护中的应用艾春和;刘金广【摘要】拉格朗日算法应用软件FLAC是一连续介质力学分析软件,也是一种数值分析方法,在大变形问题的分析方面优势独特.该软件针对岩土体和支护体系的各种本构模型和结构单元更突出其“专业”特性,适合于求解非线性的大变形问题,在岩土力学中应用颇多.结合林南仓矿实际巷道施工典型支护工程,用此分析软件进行计算、模拟,结果与实际施工监测数据吻合较好,为今后巷道支护优化提供了一种新的思路.【期刊名称】《水力采煤与管道运输》【年(卷),期】2015(000)002【总页数】6页(P47-51,55)【关键词】FLAC;巷道支护;模拟计算【作者】艾春和;刘金广【作者单位】河北煤矿安全监察局冀东分局,河北唐山063000;开滦(集团)有限责任公司,河北唐山063000【正文语种】中文【中图分类】TD353开滦林南仓矿井田为一椭圆形盆状向斜构造，立井多水平开拓，按照该矿井发展规划，未来几年延深工程主要为三水平延深工程:-650轨道石门、回风石门，-650～-900皮带斜井、回风斜井等，工程总量20000m。
地质资料显示:工程所处围岩80%的巷道将集中在属于典型软岩的12S顶板至8S底板岩层中，只有20%左右处于相对较稳定的12S底板至14S顶板岩层中。
选取-650南石门(包括轨道平石门和回风平石门)作为支护研究地段，该巷道由林南仓井田北翼直接穿层至井田南翼，几乎揭露矿井所有岩层、煤层，且埋深大(650～660m)，其多种支护形式很有代表意义。
1 现场条件-650南石门标高-650m，自重应力超过16MPa，围岩岩性以泥岩和粉砂岩为主。
经岩样分析，其主要组成物质是蒙脱石并含有少量的高岭石，具有强膨胀性和强吸水性。
高岭石吸水性、膨胀性较低，但其属于胶体膨胀机制。
现场施工在多次尝试基础上，经多年实践，最终确立实施差异化支护设计，根据所处围岩，分别采用常规锚喷支护、壁厚充填、混凝土浇筑等多种支护手段，分别满足不同支护需要。
FLAC数值模拟介绍
FLAC-3D(Three Dimensional Fast Lagrangian Analysis of Continua)是美国Itasca Consulting Goup lnc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嵌语言FISHFLAC-3D具有强大嵌语言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, 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SET ratio 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Cundall 1987).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SETmechanical damp combined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SETmechanical damp local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。
基于Flac3D的某矿山开采方案优选及应用
矿业工程黄 金ＧＯＬＤ２０２３年第１２期／第４４卷基于Ｆｌａｃ３Ｄ的某矿山开采方案优选及应用收稿日期：２０２３－０５－０９；修回日期：２０２３－０７－２６基金项目：云南省教育厅科学研究基金项目（２０２３Ｊ１６４９）作者简介：张绍周（１９８９—），男，讲师，硕士，从事采矿理论及其运用教学与研究工作；Ｅ ｍａｉｌ：４９３６８１８２９＠ｑｑ．ｃｏｍ张绍周１，苏之品１，陈玉明２（１．昆明工业职业技术学院冶金化工学院；２．昆明理工大学国土资源工程学院）摘要：为保证某矿山安全、高效开采，根据该矿山矿体开采技术条件及矿岩物理力学性质，应用Ｆｌａｃ３Ｄ软件分别对４种开采方案不同采场结构参数进行数值模拟分析，结果表明：开采１２３５ｍ标高以上矿体时，采用采场矿房长４０ｍ，矿房间留２ｍ连续间柱，顶、底柱２ｍ的采场结构参数效果最优；开采１２３５ｍ标高以下矿体时，采用充填采矿法最优；符合矿山“安全、高效、低成本、低贫损”的开采理念。
研究成果可为该矿山的安全生产提供理论性指导。
关键词：数值模拟；开采方案；充填采矿法；采场结构参数；Ｆｌａｃ３Ｄ软件 中图分类号：ＴＤ８５３．３ 文章编号：１００１－１２７７（２０２３）１２－００１４－０４文献标志码：Ａｄｏｉ：１０．１１７９２／ｈｊ２０２３１２０４引 言矿体在开采过程中引起应力二次分布及矿岩移动变形非常复杂，仅从理论方面对其进行计算分析很难客观、全面反应研究对象的变化过程，必须借助理论计算之外的其他研究手段［１－５］。
计算机模拟分析技术能很好地解决这个问题，借助计算机模拟软件能够很好地监测岩体在开挖过程中的应力、位移及其他一些物理量的变化过程。
目前，计算机模拟分析技术已经在岩土工程领域得到了广泛应用，也出现了很多研究方法和模拟软件，最具代表性的研究方法和软件包括：以Ｆｌａｃ３Ｄ软件为代表的有限差分法、以３Ｄ－σ和ＡＮＳＹＳ为代表的有限单元法、以Ｅｘａｍｉｎｅ３Ｄ为代表的边界元法、以２Ｄ－Ｂｌｏｃｋ和ＵＤＥＣ为代表的离散元法及其他一些研究方法，如流形元法、不连续变形分析法等［６－９］。
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采矿工程数值计算方法——FLAC建模技巧与工程应用1 FLAC建模方法1.1 建模（1）设计计算模型的尺寸（2）规划计算网格数目和分布（3）安排工程对象（开挖、支护等）（4）给出材料的力学参数（5）确定边界条件（6）计算模拟1.2 网格生成： Grid i,j 例如：grid 30,201.3 网格规划： Gen x1,y1 x2,y2 x3,y3 x4,y4例如：Gen 0,0 0,10 10,20 20,01.4 分区规划网格。
例如：Gen xI1,yI1 xI2,yI2 xI3,yI3 xI4,yI4 i=1,10 j=1,21 （I区）Gen xII1,yII1 xII2,yII2 xII3,yII3 xII4,yII4 i=10,20 j=1,21 (II 区）1.5 特殊形状的网格（1）圆形 gen circle xc,yc rad（2）弧线 gen arc xc,yc xb,yb theta（3）直线 gen line x1,y1 x2,y2（4）任意形状 tab 1 x1,y1, x2,y2, ,xn,yn, x1,y1 gen tab 11.6 赋给单元材料性质mod e (弹性)prop d 1800e-6 bu 12.5 sh 5.77 i=1,20 j=1,10prop d 2400e-6 bu 1250 sh 577 i=1,20 j=11,20mod m （弹塑性Mohr-Coulumb准则）prop d 1800e-6 bu 12.5 sh 5.77 c 0 fri 20 ten 0.015 reg i,j1.7 赋给模型边界条件（1）固定边界（结点） Fix x i=1, j=1,21 Fix y i=1,21 j=1（2）施加边界力 (结点) apply yf -10 i=1,21 j=21或 apply syy -10 i=1,21 j=21或 apply xf -5 i=21, j=1,21或 apply sxx -5 i=21, j=1,21（3）赋单元内应力（单元） ini sxx -10 i=1,20 j=1,20ini syy -5 var 0 4 i=1,21 j=1,211.8 计算Set grav 9.81Set largeStep 1000Save test.sav1.9 结果显示Plot grid 显示网格Plot bo 显示边界Plot plas 显示塑性区Plot sig1 fi 显示最大主应力σ1Plot sig2 fi 显示最小主应力σ2Plot sdif fi 显示主应力差(σ1- σ2)Plot str 显示主应力矢量场Plot xdis fi 显示X方向位移Plot ydis fi 显示Y方向位移Plot disp 显示位移矢量场1.10 保存与调用结果命令Call test.txt (或ca test.dat) 调用数据Save test.sav 保存结果New 重新开始Rest test.sav 调用结果Quit 退出程序2. FLAC运用技巧2.1 模型尺寸2.2 模拟开挖Mod nu i=6,15 j=5,12 (或 region i,j)2.3 模拟锚杆支护（端锚）struct cable begin grid i1,j1 end grid i2,j2 seg n prop 1 stru prop 1 e 2e5 yield 0.5 a 0.235e-3 sbond 0 kbond 0.0001 stru prop 1 sfri 30 peri 0.2723 den 7.5e-32.4 模拟锚杆支护（全长锚固）struct cable begin grid i,j end x,y seg n prop 2stru prop 1 e 2e5 yield 0.5 a 0.235e-3 sbond 0.42 kbond 5.37 stru prop 1 sfri 30 perimeter 0.2723 den 7.5e-32.5 模拟锚杆支护（预应力锚固）struct cable begin grid i1,j1 end i2,j2 seg n ten 10 prop 1 struct cable begin node n1 end x,y seg n prop 2stru prop 1 e 2e5 yield 0.5 a 0.235e-3 sbond 0. kbond 0.1stru prop 1 sfri 0 perimeter 0.2723 den 7.5e-3stru prop 2 e 2e5 yield 0.5 a 0.235e-3 sb 0.42 kb 5.37stru prop 2 sfri 30 perimeter 0.2723 den 7.5e-32.6 模拟断层Mod nu j=37int 1 as from i1,j1 to ,i1,j2 bs from i2,j1 to i2,j2int 1 kn 1000 ks 400 fri 25 c 0.01 t 0.00012.7 其它技巧（1）网格优化（2）先弹性、后塑性（3）分步开挖（4）动力学问题模拟（5）固流耦合问题模拟（6）合理解释结果（7）多种形式输出结果（8）报告格式The purpose of computing is in-sight, not numbers. —FLAC Manuals1. 绕xy平面reflect，则dip= 0，dd=902. 绕xz平面reflect，则dip= 90，dd=03. 绕yz平面reflect，则dip=90 ，dd=270FLAC 的输入和一般的数值模拟的程序不一样, 它可以用交互的方式从键盘输入各个命令, 也可以写成命令文件, 类似于批处理, 由文件来驱动。
FLAC 命令大小写一样。
所有的命令可以附带若干个关键词和有关的数值。
在下面的命令解释中, 只有大写的字母起作用, 小写的字母写不写、写多少个都没有崐关系。
i,j,m 和 n 开始的变量要求整型数, 否则要求实型数。
•实型数的小数点可崐以忽略, 但是整型数不能带小数点。
数值间可以用空格隔开, 空格的数目不限,•也可以用下面的分隔符隔开:( ), / =< > 表示可选的参数, 输入时括号不用输入;... 表示可以有任意个参数。
由 * 号开始到行末为注释, FLAC 在执行时不理会。
下面的 FLAC 命令按字母排列。
Apply 关键词 = 数值 <关键词 = 数值 ...> <范围>可以有下面的关键词:Pressure 压力XForce X-方向的力YForce Y-方向的力ATtach 该命令可以将一条线上的结点和另一条线上的结点互相接合在一起, 用以形成复杂的网格形状。
Call 文件名写成的命令文件可以用 Call 命令来调用, 命令文件的最后一行必须是RETURN, 以返回到交互方式。
命令文件中不能有 CALL 命令本身。
Config 关键词FLAC 用以解平面应变问题, •但经过配置命令也可以用于解平面应力问题或轴对称问题。
需要时应在形成网格之前发。
关键词有:P_STR 平面应力问题AX 轴对称问题CYC n该命令同 STEP, 为执行 n 个时步的循环运算。
Fix X <Mark> <范围>YX Y用此命令可以使 <范围> 内结点的 x- 或 y- 方向的速度保持不变。
<范围> 的格式可以是 I = i1,i2, J = j1,j2; i 和 j •何者先输入没有关系。
如果要求位移固定, 则必须将速度初始化为零 (开始时速度的缺省值为零)。
FIX和 INI XV, YV •可以联合使用以提供一个刚性移动的边界条件。
如果有 MARK 的关键词, 则只有在此范围内被标记的结点将被固定。
FRee X <Mark> <范围>YX Y该命令与 FIX 命令相反, 用于放松对结点的约束。
GEn x1,y1 x2,y2 x3,y3 x4,y4 <Ratio ri rj> <range><Same> <Same> <Same> <Same>用于在全域或局域中产生网格。
(x1,y1)的点放在左下侧, (x2,y2)、 (x3,y3) 和 (x4,y4) 为顺时针排列。
如果点和前一个 GEn 命令中的相同则用 SAME 来代替。
如果网格不是均匀排列, 则用关键词 RATIO,•在 I 和J 方向的比例系数分别为 ri 和 rj.GEn Circle xc,yc radArc xc,yc xb,yb thetaLine x1,y1 x2,y2该命令产生园、弧或直线。
ARC 弧的圆心为 (xc,yc), 起始点为 (xb,yb), 逆时针的角为theta 度CIRCLE 园的中心为 (xc,yc), 半径为 radLINE 直线的两端为 (x1,y1) 和 (x2,y2).用 ARC 等关键词所形成的边界系被标记 (参见命令 MARK 和UNMARK)过, 标记结点所围住的区域在以后用命令 INITAL, MODEL 和 PROPERTY 时可以用关键词 REGION 来说明。
Gen ADJust用此命令来微调网格, 使之离散平滑。
该命令可以连续使用以增进平滑效果的。
Grid icol jrow此命令用以产生数目为 icol 列和 jrow 行的网格。
对于 640k 内存的FLAC 版本, 如用摩尔-库仑的本构模型约可分两千个单元。
Help 帮助命令, 可在屏幕上显示命令表。
His <Nstep=n> <关键词 . . . I=i1 J=j1>每隔 NSTEP 时步, 记录一下关键词所示项目在 i1 和 ji •结点或单元的数值。
NSTEP 的缺省值为 10. 用户应记住所要求 His (历史)•的顺序, 因以后在打印或绘图时要用。
历史值在 FLAC 停止运行时删除, 因此如果要保留的话, 要用到命令 HIS WRITE N (见下面)。
可以用的关键词有:Ang 单元 i,j 内的最小主应力和 X-轴所形成的夹角PP 单元 i,j 内的孔隙压力SIG1 单元 i,j 的最大主应力SIG2 单元 i,j 的最小主应力SXX 单元 i,j 的 xx-应力SYY 单元 i,j 的 yy-应力SXY 单元 i,j 的 xy-应力X 结点 i,j 的 x-坐标Y 结点 i,j 的 y-坐标XDis 结点 i,j 的 x-位移YDis 结点 i,j 的 y-位移Unbal 最大不平衡力XVel 结点 i,j 的 x-速度YVel 结点 i,j 的 y-速度XXA 单元 i,j 三角形 a 的 xx-应力XYA 单元 i,j 三角形 a 的 xy-应力YYA 单元 i,j 三角形 a 的 yy-应力XXB 单元 i,j 三角形 b 的 xx-应力XYB 单元 i,j 三角形 b 的 xy-应力YYB 单元 i,j 三角形 b 的 yy-应力XXC 单元 i,j 三角形 c 的 xx-应力XYC 单元 i,j 三角形 c 的 xy-应力YYC 单元 i,j 三角形 c 的 yy-应力XXD 单元 i,j 三角形 d 的 xx-应力XYD 单元 i,j 三角形 d 的 xy-应力YYD 单元 i,j 三角形 d 的 yy-应力His 关键词关键词可以是:Dump nhis 将第 nhis 的历史写屏;Write nhis 将第 nhis 的历史写在文件 FLAC.HIS 上, •该文件可在 FLAC 结束后打印出来。