FLAC/FLAC3D基础与工程实例

前言

第1章 FIAC／FIAC3D的功能与特性

1.1 FIAC／FIAC3D简介

1.2 FIAC／FIAC3D的主要特点

1.2.1 FIAC／FIAC3D的使用特征

1.2.2 FIAC／FIAC3D的计算特征

1.2.3 FIAC／FIAC3D的求解流程

1.3 FIAC／FIAC3D的应用范围

1.4 FIAC／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

3.4.1 BuiId选项卡——建立网格

3.4.2 AIter选项卡——修改网格

3.4.3 MateriaI选项卡——材料赋值

3.4.4 InSitu选项卡——初始条件和边界条件

3.4.5 Structure选项卡——结构单元

3.4.6 IItiIity选项卡——应用功能

3.4.7 Settings选项卡——计算设置

3.4.8 PIot选项卡——后处理

3.4.9 Run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

5.1.4 FISH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

5.2.1 FIAC3D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

6.2.1 PIOT命令的格式

6.2.2 PIOT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

9.2.1 FIAC3D中接触面的基本理论

9.2.2 FIAC中的接触面理论

9.3 FIAC3D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

9.4 FIAC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

11.1.2 FIAC3D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(RayIeigh damping)

11.5.2 局部阻尼(Ioca1 damping)

11.5.3 滞后阻尼(Hysteretic damping)

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(Time scaIe)

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Mohr CouIomb模型为例

13.3.1 头文件(usermohr.b)

13.3.2 C++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

16.2.4 PIFinn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

19.2.1 Beam单元

19.2.2 PiIe单元

19.2.3 Inter.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

20.3 FIAC3D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21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A FIAC3D命令一览

附录B FIAC3D的FISH保留字

附录C FLAC的FISH保留字

参考文献

《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。

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。
　　通过本书的学习，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JFLAC3D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。本书最后还对FLAC/FLAC3D学习中可能遇到的常见问题进行了总结。
　　本书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。