FLAC/FLAC3D基础与工程实例

通过《FLAC\FLAC3D基础与工程实例》的学习，可以掌握FLAC和FLAC3D的入门知识、前后处理的基本方法以及初始应力的生成方法等。接着可以学习到FLAC3D接触面、结构单元、动力分析、流固耦合分析、自定义本构模型以及边坡安全系数求解等。最后通过丰富的实例讲解FLAC和FLAC3D在岩土工程领域中的应用，包括冰渍土边坡稳定性分析、阪神地震的液化大变形分析、抗液化排水桩的抗震分析、深基坑开挖分析、板桩码头的变形分析、盾构隧道开挖的数值模拟等，这些实例囊括了所有专题章节的内容，具有较强的针对性和实用性，其中部分实例是作者近年来的研究成果。《FLAC\FLAC3D基础与工程实例》最后还对FLAC/FLAC3D学习中可能遇到的常见问题进行了总结。

《FLAC\FLAC3D基础与工程实例》所附光盘提供所有章节涉及到的命令文件和计算结果，还包括作者在河海大学、同济大学、东南大学、河南工业大学等高校进行FLAC/FLAC3D应用交流讲座的PowerPoint文件。

深入浅出讲解FLAC技术全程解析实际FLAC工程与科研实例多年分析实践与技术讲座的完美结合，超值赠送内容丰富的命令文件与PowerPoint讲义DVD光盘。

前言

第1章FIAC/FIAC3D的功能与特性

1．1FIAC/FIAC3D简介

1．2FIAC/FIAC3D的主要特点

1．2．1FIAC/FIAC3D的使用特征

1．2．2FIAC/FIAC3D的计算特征

1．2．3FIAC/FIAC3D的求解流程

1．3FIAC/FIAC3D的应用范围

1．4FIAC/FIAC3D的不足

第2章FIAC3D快速入门

2．1初识FIAC3D

2．1．1图形界面

2．1．2分析的基本组成部分

2．1．3简单分析命令概要

2．1．4文件类型

2．1．5结果输出

2．2简单示例

2．3收敛标准

2．3．1常用收敛标准

2．3．2自定义收敛标准

2．4求解过程中有关变量的解释

2．4．1不平衡力

2．4．2网格节点速度

2．4．3塑性区标识

2．4．4历时曲线

2．5本章小结

第3章FIAC快速入门

3．1概述

3．1．1使用界面介绍

3．1．2网格和节点

3．1．3修改程序内存

3．2一个简单的实例

3．2．1问题描述

3．2．2启动FIAC

3．2．3建立网格

3．2．4定义材料

3．2．5定义边界条件

3．2．6重力设置

3．2．7初始应力计算

3．2．8保存状态文件

3．2．9查看初始应力计算结果

3．2．10查看最大不平衡力

3．2．I1实施开挖

3．2．12设置历史变量

3．2．13开挖计算并保存

3．2．14后处理

3．3文件系统

3．4功能模块介绍

3．4．1BuiId选项卡——建立网格

3．4．2AIter选项卡——修改网格

3．4．3MateriaI选项卡——材料赋值

3．4．4InSitu选项卡——初始条件和边界条件

3．4．5Structure选项卡——结构单元

3．4．6IItiIity选项卡——应用功能

3．4．7Settings选项卡——计算设置

3．4．8PIot选项卡——后处理

3．4．9Run选项卡——求解

3．5应用实例——路堤堆载的模拟

3．5．1问题描述

3．5．2建立网格

3．5．3材料赋值

3．5．4边界条件

3．5．5初始应力计算

3．5．6路堤堆载的模拟

3．5．7后处理

3．6本章小结

第4章计算原理与本构模型

4．1计算基本原理

4．1．1有限差分法

4．1．2混合离散法

4．1．3求解过程

4．2本构模型

4．2．1空模型

4．2．2弹性模型

4．2．3塑性模型

4．2．4本构模型的选择

4．2．5本构模型的执行方式

4．3本章小结

第5章FIAC3D的网格建模方法

5．1网格生成器及应用

5．1．1基本形状网格的特征

5．1．2基本形状网格的建立

5．1．3基本形状网格的连接与分离

5．1．4FISH在网格建模中的应用

5．1．5应用实例——层状边坡三维网格的生成

5．2其他软件的网格导入

5．2．1FIAC3D的网格单元数据形式

5．2．2与其他软件的导入接口以ABAQUS为例

5．3本章小结

第6章FIAC3D的后处理

6．1概述

6．2基本后处理功能

6．2．1PIOT命令的格式

6．2．2PIOT图形的输出

6．2．3初始应力计算结果的后处理

6．2．4查看施加载荷后计算结果的后处理

6．3其他软件的后处理——TecpIot

6．4本章小结

第7章初始地应力场的生成及应用

7．1初始地应力场生成方法

7．1．1弹性求解法

7．1．2更改强度参数的弹塑性求解法

7．1．3分阶段弹塑性求解法

7．2．1个简单的例子

7．2．1设置初始应力的弹塑性求解

7．2．2存在静水压力的初始地应力场生成

7．2．3水下建筑物的初始应力场生成

7．2．4深埋工程的初始应力场生成

7．3应用实例——路基施工过程模拟

7．3．1问题描述

7．3．2模型建立

7．3．3初始应力计算

7．3．4施工过程模拟

7．3．5绘制沉降曲线

7．4本章小结

第8章FISH语言

8．1两个问题

8．2从最简单的程序开始

8．3基本知识

8．3．1函数与变量

8．3．2数据类型

8．4主要语句

8．4．1选择语句

8．4．2条件语句

8．4．3循环语句

8．4．4命令语句

8．5内置变量与函数

8．5．1变量与函数的类型

8．5．2单元遍历与节点遍历

8．6应用实例

8．6．1让土体的模量随小主应力变化

8．6．2分级加载的施加与监测

8．6．3获得最大位移的大小及发生位置

8．6．4得到主应力差云图

8．7编程与查错技巧

8．7．1编程技巧

8．7．2查错方法

8．8本章小结

第9章接触面

9．1概述

9．2基本理论

9．2．1FIAC3D中接触面的基本理论

9．2．2FIAC中的接触面理论

9．3FIAC3D接触面几何模型的建立

9．3．1移来移去法

9．3．2导来导去法

9．3．3切割模型法

9．3．4接触面建立所存在的问题

9．4FIAC接触面几何模型的建立

9．5接触面参数的选取

9．5．1接触面参数的确定

9．5．2接触面参数的影响

9．6单桩静载荷试验模拟

9．7与接触面有关的常用命令

9．8本章小结

第10章结构单元及应用

10．1概述

10．1．1基本术语

10．1．2几何模型的建立

10．1．3结构单元的连接

10．1．4边界条件与初始条件

10．1．5局部坐标系与符号约定

10．2结构单元的基本原理

10．2．1梁(beam)单元

10．2．2锚索(cabIe)单元

10．2．3桩(piIe)单元

10．2．4壳(sheII)单元

10．2．5土工格栅(geogrid)单元

10．2．6初衬(Iiner)单元

10．3后处理

10．3．1结构节点的输出信息及历史变量

10．3．2结构构件的输出信息及历史变量

10．4应用实例

10．4．1使用梁单元进行开挖支护

10．4．2关于预应力锚杆的模拟

10．4．3结构单元的动力响应

10．5本章小结

第11章非线性动力反应分析

11．1概述

11．1．1与等效线性方法的关系

11．1．2FIAC3D动力计算采用的本构模型

11．2动力时间步

11．3动态多步

11．4动力载荷和边界条件

11．4．1动力载荷的类型与施加方法

11．4．2边界条件的设置

11．4．3地震载荷的输入

11．5力学阻尼

11．5．1瑞利阻尼(RayIeighdamping)

11．5．2局部阻尼(Ioca1damping)

11．5．3滞后阻尼(Hystereticdamping)

11．5．4关于阻尼设置的一些讨论

11．6网格尺寸的要求

11．7输入载荷的校正

11．7．1滤波

11．7．2基线校正

11．8动孔压模型与土体的液化

11．9完全非线性动力耦合分析步骤

11．10应用实例——振动台液化试验模拟

11．10．1计算模型及参数

11．10．2计算过程

11．10．3计算结果与分析

11．I1本章小结

第12章流一固相互作用分析

12．1概述

12．2流固相互作用的两种计算模式

12．2．1无渗流模式

12．2．2渗流模式

12．3流体分析的参数和单位

12．3．1渗透系数

12．3．2密度

12．3．3流体模量

12．3．4孔隙率

12．3．5饱和度

12．3．6流体的抗拉强度

12．4流体边界条件

12．4．1透水边界与不透水边界

12．4．2其他渗流条件

12．4．3关于流体边界条件的讨论

12．5流体问题的求解

12．5．1时标(TimescaIe)

12．5．2完全耦合分析方法的选择

12．5．3固定孔压分析(有效应力分析)

12．5．4单渗流分析建立孔压分布

12．5．5无渗流——力学引起的孔压

12．5．6流固耦合分析

12．6应用实例

12．6．1心墙土坝的渗流

12．6．2真空预压的简单模拟

12．7本章小结

第13章自定义本构模型

13．1自定义本构模型的实现

13．2模型运行方法

13．2．1编译项目

13．2．2创建一个新的项目

13．2．3选择ReIease/Debug编译选项

13．2．4改变输出文件名为自定义的DII

13．2．5在项目中添加用户自定义的源文件和头文件

13．3以MohrCouIomb模型为例

13．3．1头文件(usermohr．b)

13．3．2C 源文件(usermohr．cpp)

13．4开发实例——Duncan．Chang模型的开发

13．4．1理论描述

13．4．2开发流程

13．4．3调试与验证

13．5本章小结

第14章边坡安全系数求解

14．1强度折减法

14．1．1基本原理

14．1．2实现过程

14．2应用实例

14．2．1安全系数求解

14．2．2自编强度折减法的实现

14．3强度折减法评述及使用建议

14．3．1强度折减法评述

14．3．2强度折减法使用建议

14．4本章小结

第15章冰碛土边坡稳定性研究

15．1概述

15．2边坡工程地质模型

15．3冰碛土抗剪强度参数研究

15．3．1冰碛土的组成和结构特性

15．3．2抗剪强度参数研究思路

15．3．3冰碛土结构的元胞自动机模拟

15．3．4元胞自动机模型的导入

15．3．5三轴数值模拟试验

15．3．6试验结果及分析

15．3．7抗剪强度预测模型

15．4边坡稳定性分析方法研究

15．4．1边坡稳定性综合分析方法构建

15．4．2简化一次二阶矩法(Sfosm法)

15．4．3边坡稳定的FIAC3D分析

15．4．4边坡可靠度分析

15．5本章小结

第16章阪神地震液化大变形分析

16．1前言

16．2液化后流动本构模型及其在FIAC3D中的开发

16．2．1液化后流动本构模型

16．2．2一般应力条件下饱和砂土液化的判定准则

16．2．3开发过程

16．2．4PIFinn模型的开发流程

16．2．5液化状态指示器的编写

16．3前处理

16．3．1模型尺寸及计算参数

16．3．2地震波的调整

16．3．3网格划分

16．4静力计算结果

16．5动力计算结果

16．5．1变形分析

16．5．2液化区比较

16．6本章小结

第17章抗液化排水桩的数值模拟

17．1概述

17．2前处理

17．2．1网格建立与初始应力生成

17．2．2桩模型及接触面单元的生成

17．3震前初始应力状态的计算

17．4动力计算

17．4．1动力输入

17．4．2单元额外变量的定义

17．4．3历史变量的记录

17．5计算结果与分析

17．5．1超孔压比分析

17．5．2超孔压与竖直向有效应力分析

17．6本章小结

第18章深基坑工程分析

18．1前言

18．1．1工程概况

18．1．2基坑围护方案

18．2计算模型及参数

18．3分析过程

18．3．1初始应力计算

18．3．2支护桩的施工

18．3．3开挖计算

18．4计算结果分析

18．5本章小结

第19章装配式防波堤的变形分析

19．1概述

19．2分析思路

19．2．1Beam单元

19．2．2PiIe单元

19．2．3Inter．face单元

19．3施工过程的模拟

19．3．1计算模型及参数

19．3．2计算步骤

19．4波浪载荷作用下结构的变形分析

19．4．1分析方法

19．4．2波浪载荷的计算

19．4．3波峰作用下的计算结果

19．4．4波谷作用下的计算结果

19．5计算结论与本章小结

第20章盾构开挖对软粘土地层的扰动模拟

20．1概述

20．2问题描述

20．3FIAC3D模拟隧道开挖中若干问题的解决

20．3．1采用修正剑桥模型模拟软粘土地层应力应变特性

20．3．2流固耦合模拟隧道开挖地层变形时效性

20．3．3壳单元模拟隧道衬砌支护

20．4计算文件

20．5计算结果分析

20．6本章小结

第2I章常见问题及学习建议

21．1常见问题及其解答

21．2常见错误提示及其解决办法

21．3学习经验和建议

附录AFIAC3D命令一览

附录BFIAC3D的FISH保留字

附录CFLAC的FISH保留字

参考文献

……2100433B

《FLAC\FLAC3D基础与工程实例》系统地介绍了FLAC/FLAc3D软件的操作方法、基本理论和工程应用。《FLAC\FLAC3D基础与工程实例》分为三大部分共21章，即入门篇(第1～7章)、专题篇(第8～14章)和应用篇(第15～20章)。入门篇的主要对象是软件的初学者，主要介绍软件的功能与特性、FLAC和FLAC3D的入门知识、前后处理的基本方法以及初始应力的生成方法等，通过这些章节的学习可以使初学者达到快速入门的目的。专题篇主要针对FLAC3D中的一些常用功能做较深入的探讨，包括接触面、结构单元、动力分析、流固耦合分析、自定义本构模型以及边坡安全系数求解等，通过这些专题章节的学习，读者可以了解特定问题的解决方法和基本思路。应用篇介绍FLAC和FLAC3D在岩土工程领域中的应用实例，包括冰渍土边坡稳定性分析、阪神地震的液化大变形分析、抗液化排水桩的抗震分析、深基坑开挖分析、板桩码头的变形分析、盾构隧道开挖的数值模拟等，这些实例囊括了所有专题章节的内容，具有较强的针对性和实用性，其中有些实例也是作者近年来的研究成果。另外，本书第21章还对FLAC/FLAC3D软件学习过程中会遇到的一些常见问题、软件的错误提示做了总结，并对软件学习提出一些建议。

《FLAC\FLAC3D基础与工程实例》所附光盘提供了书中所有章节涉及到的命令文件和计算结果，光盘中的文件是按照章节进行整理的，读者可以方便地查阅各章中出现的命令文件。同时，光盘中还包含作者近几年来在河海大学、同济大学、东南大学、河南工业大学等高校做的FLAc/FLAC3D应用交流的PPT文件，供读者参考。

《FLAC\FLAC3D基础与工程实例》适合土木工程、水利工程、采矿工程等领域的工程技术人员学习和参考。

本书的体系结构主要从实用性方面进行考虑的。全书分11章，主要包括有限差分FLAC数值计算的基本原理，FLAC/FLAC3D的模型和功能模块，FLAC/FLAC3D命令及FIAH语言，工程实例分析和命令流等方面。本书深入浅出的介绍了FLAC/FLAC3D的基本原理，采用简单实例对FLAC/FLAC3D的建模计算步骤进行了介绍，并对相应命令流进行了较为详细的说明，以使读者能快速入门。同时，本书给出了基础工程问题、边坡问题、基坑工程问题、地铁施工相关问题及矿山巷道相关问题的工程实例分析，对有一定FLAC软件应用经验的研究人员也具有参考价值。

本书的体系结构主要从实用性方面进行考虑的。全书分11章，主要包括有限差分FLAC数值计算的基本原理，FLAC/FLAC3D的模型和功能模块，FLAC/FLAC3D命令及FIAH语言，工程实例分析和命令流等方面。本书深入浅出的介绍了FLAC/FLAC3D的基本原理，采用简单实例对FLAC/FLAC3D的建模计算步骤进行了介绍，并对相应命令流进行了较为详细的说明，以使读者能快速入门。同时，本书给出了基础工程问题、边坡问题、基坑工程问题、地铁施工相关问题及矿山巷道相关问题的工程实例分析，对有一定FLAC软件应用经验的研究人员也具有参考价值。

前言

第1 章　有限差分法与FLAC 数值计算 1

1. 1　有限差分法基本概念 1

1. 2　差分格式的建立 4

1. 3　FLAC / FLAC 3D 基本原理 5

1. 3. 1　FLAC / FLAC 3D 的基本特征 5

1. 3. 2　FLAC 网格划分 6

1. 3. 3　一维问题FLAC 计算流程 7

1. 3. 4　平面问题FLAC 有限差分原理 10

1. 3. 5　三维问题FLAC 3D 有限差分原理 16

第2 章　FLAC / FLAC 3D 的模型与功能模块 18

2. 1　FLAC / FLAC 3D 的材料模型 18

2. 2　FLAC / FLAC 3D 的结构单元 23

2. 2. 1　梁(Beam) 单元 23

2. 2. 2　锚索(Cable) 单元 25

2. 2. 3　桩(Pile) 单元 28

2. 2. 4　二维岩石锚杆(Rockbolt) 单元 29

2. 2. 5　二维条带(Strip) 单元 29

2. 2. 6　二维支撑(Support) 单元 30

2. 2. 7　三维壳体(Shell) 单元 31

2. 2. 8　衬砌(Liner) 单元 31

2. 2. 9　三维土工格栅(Geogrid) 单元 33

2. 3　FLAC / FLAC 3D 高级功能与可选模块 35

2. 3. 1　热力学分析 35

2. 3. 2　蠕变分析 35

2. 3. 3　两相流分析 36

2. 3. 4　动力学分析 37

2. 3. 5　基于C 的用户自定义模型 39

第3 章　FLAC / FLAC 3D 命令及功能描述 40

3. 1　FLAC 命令约定及特点 40

3. 1. 1　语法 40

3. 1. 2　交互式输入 41

3. 2　单元节点编号和面的方向约定 41

3. 3　命令功能描述 42

3. 3. 1　输入几何条件 42

3. 3. 2　创建命名对象 45

3. 3. 3　指定本构模型及其特性值 47

3. 3. 4　指定初始条件 47

3. 3. 5　边界条件 51

3. 3. 6　指定结构单元 53

3. 3. 7　用户自定义的变量和函数 62

3. 3. 8　在运算过程中监控模型的状态 63

3. 3. 9　运算求解 68

3. 3. 10　模型状态的输出 69

3. 4　FLAC 3D 5. 0 新功能介绍 72

3. 4. 1　网格拉伸工具 75

3. 4. 2　创建视图中的操作 83

3. 4. 3　拉伸视图中的操作 89

第4 章　FLAC 内置的FISH 语言 93

4. 1　FISH 语言的语法规则 93

4. 1. 1　命令行 93

4. 1. 2　函数名、变量名和潜在的冲突 94

4. 1. 3　变量作用范围 99

4. 1. 4　函数组成、赋值和调用格式 99

4. 1. 5　数据类型 101

4. 1. 6　算术表达式和类型转换 102

4. 1. 7　字符串 102

4. 1. 8　删除和重定义FISH 函数 103

4. 1. 9　FISH 控制语句 104

4. 2　FLAC 与FISH 交互作用 106

4. 2. 1　FISH 调用 106

4. 2. 2　FLAC 明确定义的标量变量 107

4. 2. 3　网格点变量与单元变量 107

4. 2. 4　应变计算 108

4. 2. 5　Table 特殊函数 108

4. 2. 6　直接访问内存的特殊函数 109

4. 2. 7　FISH 的输入/输出程序 109

第5 章　采用FLAC 建模计算的步骤及简单实例分析 111

5. 1　简单的隧道分析 111

5. 2　条基试验 112

5. 3　马蹄形隧道的建立 115

5. 4　倾斜节理的产生 116

5. 5　简单边坡的生成 117

5. 6　二级网格的连接 118

5. 7　关于破坏的解释 120

5. 8　地表沉降计算分析 121

第6 章　采用FLAC 3D 建模计算的步骤及简单实例分析 125

6. 1　简单的基坑开挖问题 125

6. 2　网格的合并连接 126

6. 3　界面的形成 127

6. 4　隧道的生成 128

6. 5　复杂隧道的生成 130

6. 6　模型材料问题 140

6. 7　交界面的合并连接问题 142

6. 8　初始应力条件问题 144

6. 9　破坏问题分析 146

第7 章　基础工程问题的数值计算 148

7. 1　莫尔-库仑材料上的条形及圆形基础计算 147

7. 1. 1　问题描述 148

7. 1. 2　理论解 148

7. 1. 3　建模过程 149

7. 1. 4　建模数据文件 150

7. 1. 5　结果及讨论 152

7. 2　剑桥黏土排水与不排水三轴压缩的数值模拟 156

7. 2. 1　问题描述 156

7. 2. 2　理论解 156

7. 2. 3　FLAC 模型 158

7. 2. 4　建模数据文件 159

7. 2. 5　结果及讨论 169

7. 3　钻孔的孔隙弹性响应分析 172

7. 3. 1　问题描述 172

7. 3. 2　理论解 172

7. 3. 3　模型 174

7. 3. 4　建模数据文件 175

7. 3. 5　结果讨论 183

第8 章　边坡问题的数值计算 186

8. 1　边坡稳定性系数的求解 186

8. 1. 1　问题描述 186

8. 1. 2　建模过程 186

8. 1. 3　建模数据文件 186

8. 1. 4　结果及讨论 187

8. 2　岩石边坡稳定性分析 188

8. 2. 1　问题描述 188

8. 2. 2　建模过程 189

8. 2. 3　建模数据文件 190

8. 2. 4　结果及讨论 191

8. 3　竖向及水平荷载作用下混凝土桩计算 192

8. 3. 1　问题描述 192

8. 3. 2　建模过程 193

8. 3. 3　建模数据文件 196

8. 3. 4　结果及讨论 204

第9 章　基坑工程相关问题的数值计算 205

9. 1　盾构井的开挖及稳定性研究 205

9. 1. 1　问题描述 205

9. 1. 2　建模过程 207

9. 1. 3　结果及讨论 207

9. 2　基坑开挖过程中的渗流问题 211

9. 2. 1　问题描述 211

9. 2. 2　建模过程 212

9. 2. 3　建模数据文件 213

9. 2. 4　结果及讨论 215

9. 3　平安国际金融中心深基坑开挖对邻近地铁车站影响研究 217

9. 3. 1　问题描述 217

9. 3. 2　建模过程 218

9. 3. 3　结果及讨论 221

第10 章　地铁施工相关问题的数值分析 247

10. 1　在盾构法隧道基础上扩挖地铁车站的数值分析 247

10. 1. 1　问题描述 247

10. 1. 2　工程概况 247

10. 1. 3　建模过程 248

10. 1. 4　双隧道施工引起地表沉降的模拟 249

10. 1. 5　双隧盾构基础上扩挖成站施工引起地表沉降的模拟 251

10. 2　地铁隧道穿越高层建筑桩基托换工程分析 253

10. 2. 1　工程概况 253

10. 2. 2　动态施工三维数值分析模型建立 254

10. 2. 3　地铁隧道穿越桩基施工数值模拟优化 257

10. 2. 4　地铁隧道穿越桩基区力学行为分析 261

10. 2. 5　桩基托换方案研究与关键施工技术 263

10. 2. 6　桩基托换工程的实测分析与效果评价 266

10. 3　FLAC 3D 二次开发———地铁施工诱发地层沉降分析 268

10. 3. 1　单隧道施工过程模拟及其诱发地层环境损伤分析的自动建模 269

10. 3. 2　地铁隧道下穿建筑基础诱发地层变形空间效应的实例分析 273

10. 3. 3　双隧道施工过程模拟及其诱发地层环境损伤预测的自动建模 278

10. 3. 4　地铁平行双隧道开挖的应用实例分析 282

第11 章　矿山巷道开挖相关问题的数值分析 286

11. 1　矿柱受压问题 286

11. 1. 1　问题的描述 286

11. 1. 2　建模过程 286

11. 1. 3　结果讨论 287

11. 2　倾斜地层中巷道开挖的数值分析 287

11. 2. 1　问题的描述 287

11. 2. 2　建模过程 288

11. 2. 3　结果讨论 290

11. 3　破碎岩体中巷道的维修与支护的数值分析(实例) 290

11. 3. 1　工程背景及问题描述 290

11. 3. 2　建模过程 291

11. 3. 3　结果讨论 293

11. 4　晋煤集团赵庄二号井1305 工作面数值模拟分析 293

11. 4. 1　工程背景及问题描述 293

11. 4. 2　建模过程 294

11. 4. 3　结果讨论 297 2100433B