CM弹塑性本构模型在FLAC^(3D)中的二次开发

显式有限差分程序FLAC3D由于自带的本构库多样性不足,无法统一描述超固结和结构性这两种自然界土体典型力学特性的本构模型.为了扩大FLAC^(3D)应用范围,更精确地模拟土体力学特性,本文基于其自带的二次开发平台,使用C++语言对交变移动(Cyclic Mobility,CM)弹塑性本构模型进行二次开发.首先推导该模型的基本公式;然后介绍FLAC^(3D)的工作原理和关键开发步骤;再通过不同应力路径下的测试,对比FLAC3D模拟值和该本构的理论值,验证开发的正确性;最后通过对一维固结试验数据、三轴排水压缩试验数据和不排水三轴循环加载试验数据的模拟,验证了二次开发模型能较好地模拟土体的力学行为.

小应变硬化土本构模型在FLAC3D中的开发及应用

为了准确模拟岩土介质的加/卸载力学特征,引入了硬化土及小应变本构模型.从屈服函数、硬化规律、塑性势函数、流动法则及小应变刚度方面介绍了程序的开发流程,利用VC++语言编译了动态链接库,实现了在FLAC3D 3.0中的加载和调用.通过与小应变模型开发经典案例的试验结果对比,验证了小应变硬化土模型的合理性.以上海绿洲中环中心深基坑工程为例,分别采用硬化土本构模型、小应变模型和Mohr-Coulomb理想弹塑性模型进行对比研究,硬化土及小应变模型的应力、变形分析结果与实际监测数据更为接近.研究结果可以为变形控制为主的大型地下工程开发提供可靠的岩土力学分析方法.

尾砂胶结充填体蠕变模型及在FLAC^(3D)二次开发中的实验研究

关于岩石蠕变特性的研究已有诸多成果,但对胶结充填体的蠕变特性还缺乏系统地研究。在室内充填体单轴蠕变试验的基础上,利用Hoek-Kelvin模型表征充填体的蠕变特性,运用粒子群优化算法,对选用的蠕变模型的参数进行辨识,并研究各蠕变参数对应力水平的敏感程度。研究结果表明,在不同分级应力水平加载下,弹性模量EH和黏滞系数η变化较小,而参数EK对应力水平变化较敏感。利用FLAC3D软件二次开发所建立的蠕变模型,用开发的模型进行分级加载蠕变的数值模拟,计算结果与试验数据吻合。

基于数字图像像素单元建立准三维FLAC^(3D)模型

在实际应用中,即使是建立较为简单的不规则准三维模型,FLAC3D也存在一定难度,因此,提出了一种快速建立FLAC3D准三维模型的方法,即基于数字图像像素单元的位置属性建立FLAC3D准三维模型,并根据像素单元的颜色属性对所建立模型进行分组,以便实现对模型单元赋予不同属性材料或者建立不同功能模块(如开挖、回填)。借助上述思想,采用Visual Basic语言编写了IMAGE-FLAC3D接口程序,实现了FLAC3D软件建模的直观、快速和自动化。通过建立土石混合体有限差分模型和库岸滑坡有限差分模型,检验了该方法及程序的有效性和可行性。在此基础上,借助强度折减法对所建立库岸滑坡模型进行稳定性分析,分析结果与极限平衡法所得结果相近,说明了所建模型的可计算性。该方法可作为数字图像服务于岩土工程的典型范例。

基于Zienkiewicz-Pande屈服准则的弹塑性本构模型在FLAC^(3D)中的二次开发及应用

Zienkiewicz-Pande屈服准则是Mohr-Coulomb准则的改进,在p-q子午面和π平面上都是光滑曲线,不存在尖点,不仅在数值迭代计算过程中易于处理,而且在一定程度上考虑了屈服曲线与静水压力的关系以及中主应力σ2对屈服的影响。该准则已应用于多个水电站地下洞室开挖支护计算中,但并未被大型数值计算软件所采用。根据弹塑性力学原理,详细推导了基于Zienkiewicz-Pande屈服准则的弹塑性本构模型在FLAC3D中的增量迭代计算格式;在FLAC3D提供的二次开发程序接口基础上,利用VC++程序语言实现了计算过程,并编译成动态链接库文件进行加载和调用。将自编的本构模型对一理想圆形隧洞进行模拟,计算结果与Mohr-Coulomb准则一致,验证了计算格式的正确性。将此本构模型应用于一大型地下洞室群的开挖围岩稳定分析中,得到的塑性区、位移场、应力场分布与Mohr-Coulomb准则计算结果分布规律相符,进一步验证了模型的适用性和可靠性。

基于SURPAC的矿山开采稳定性FLAC3D模型与模拟

针对FLAC3D软件前处理功能不足和建模比较麻烦的问题,探索了一套利用SURPAC软件建立多网格高仿真复杂FLAC3D模型的方法。通过在SURPAC软件中建立块体模型,然后利用重新分块命令,生成多个不同单元大小的块体模型,利用约束组合分别导出其中的一部分点的数据,汇合到一起,得到一个新的含有多种网格的块体模型的数据,经过数据类型格式转换,导入到FLAC3D软件中,生成多网格高仿真复杂FLAC3D模型并进行力学模拟计算。这种方法使FLAC3D建模快捷化,并且建立的模型更符合实际形态,提高了数值模拟的准确度。该建模方法在古家台铁矿中得到应用,通过对真实的开挖过程进行力学数值模拟,得到了采场的应力、位移及塑性区分布规律。结果证明这种方法是可行的。

FLAC3D复杂网格模型的构建及其工程应用

借助通用有限元软件ANSYS在复杂网格模型建立方面的优势,通过开发的数据接口软件,实现了复杂地质体网格模型在ANSYS中建立并导入FLAC3D中的目的,有效降低了FLAC3D复杂网格模型建立的难度。采用该方法建模时,先通过地质建模软件GOCAD获取等高线的三维坐标数据,然后将这些数据输入图形处理软件SURFER整理后输出为等间距的点坐标,接着采用这些点在ANSYS中生成等间距样条曲线并最终建立实体模型并网格剖分,尔后通过接口程序将ANSYS中的网格模型导入FLAC3D以实现复杂岩土工程的计算分析。最后以西南某一水电站厂房边坡网格模型的建立为例,说明了该方法既实用又高效。

Davidenkov模型在FLAC^(3D)中的开发及验证

基于FLAC3D提供的二次开发平台,实现了Davidenkov模型的二次开发。给出了在FLAC3D中开发本构模型的基本步骤和编程要点,可为其他用户进行本构模型的修改提供借鉴与参考。将模型土加速度放大系数及动剪切模量与动剪应变关系曲线的计算结果与上海典型软土地铁车站结构振动台模型试验实测结果进行对比,检验了模型的正确性。同时模型的成功开发可为软土地区建筑结构的抗震设计提供一种适用的本构模型。

基于SQL Server平台复杂地质体FLAC^(3D)模型的构建

由于FLAC3D软件建立复杂三维地质体模型难度大、易出错,提出一种新的建模方法,即提取三维地质体建模数据并进行编辑成相应的表,把表导入SQL Server软件中,通过SQL查询语言生成FLAC3D可直接读取模型数据文件,从而实现在FLAC3D软件中准确、快速和自动化建立复杂三维地质模型的目的.通过云南某矿山的三维建模实例检验了该方法的可行性和高效性.结果表明:该方法在FLAC3D中建立复杂地质体模型具有一定的参考价值.

弹塑性各向异性损伤模型的FLAC^(3D)开发与数值验证

探讨适用于硬岩的各向异性损伤模型在FLAC3D中的实现方法。首先,基于不可逆热力学框架下的弹塑性损伤本构基本理论,结合弹塑性力学塑性势与非关联塑性流动法则,导出了弹塑性各向异性损伤本构模型的增量形式及损伤演化速率的计算公式,在此基础上,采用复合M-C准则并考虑黏聚力随损伤的逐步弱化,详细给出了该损伤模型在FLAC3D中的实现流程并探讨了相关细节处理方法,编写了相应的DLL文件以供调用。进而,通过圆柱试样的压缩数值试验验证其正确性与合理性,结果表明该损伤模型能够较好地描述岩石材料的非线性力学行为;以一个概化的地下洞室分层开挖实例初步检验了模型的应用效果,计算所得洞周损伤较大部位与实际工程中直接或间接观测到的围岩损伤情况较为一致,由此表明以拉应变度量的损伤及其演化方程能够合理地反映硬岩的损伤本质。

基于FLAC^(3D)多孔介质模型的隧洞透水衬砌数值计算分析

针对水工隧洞透水衬砌计算中存在的问题,利用FLAC3D中多孔介质流动模型并借助Fish语言实现了渗流应力的直接与间接耦合计算,在完成衬砌受力分析后编制正应力配筋程序获得相应的配筋量。实例应用结果表明,通过FLAC3D软件进行透水衬砌计算具有可行性,其可以实现直接与间接耦合,且间接耦合计算结果更接近实际情况,同时可知透水衬砌能有效节约配筋量。

应变软化模型在FLAC^(3D)二次开发中的应用

基于FLAC3D软件提供的二次开发平台,利用Visual C++语言在FLAC3D中成功实现了模拟土的应变软化本构模型的开发,通过算例计算结果与实测值比较验证了开发模型的正确性。以UserMohr模型为例,阐述了在FLAC3D中开发用户自定义模型应具备的基本知识和开发步骤,为其他用户进行FLAC3D的二次开发提供了参考。

基于FLAC^(3D)对预应力锚索最优锚固角的分析

预应力锚索在边坡工程中的运用非常广泛,锚固角度的选择直接关系到边坡的整体稳定性。结合了"垂直论"、"平行论"和"最优论",通过有限元数值模拟的方法,从锚固力、安全系数和经济因素等方面,进行了综合分析和论证,提出了实际最优锚固角的概念,比理论最优锚固角值更加切合实际。

硬化土模型在FLAC^(3D)中的二次开发

为了对岩土工程领域相关问题提供数值参考,将硬化土模型与强大的非线性计算功能FLAC3D数值分析软件结合。基于拉格朗日有限差分方法,详细地推导了HS模型在FLAC3D中的增量迭代计算格式,并且给出了更新剪切屈服面应力的算法。在FLAC3D提供的二次开发程序接口基础上,利用VC++程序语言实现了计算过程,并将HS模型编译成动态链接库文件进行加载和调用。最后,通过模型计算与试验实测进行比较,验证了二次开发程序的正确性与合理性。

基于FLAC^(3D)的煤岩组合模型冲击倾向性研究

运用FLAC3D对煤岩组合模型冲击倾向性进行三维数值试验研究,通过改变煤岩组合模型高度比例(1∶1、1∶2、2∶1)、夹角(0°、30°、45°)和岩性分别进行模拟,分析煤岩组合模型不同的组合模式对冲击倾向性的影响。三维数值试验结果表明:煤岩高度比例和夹角的变化,对煤岩组合模型的抗压强度影响不大,冲击能量指数和弹性能量指数随着顶板岩体厚度的增加而增加,随着夹角的增大而降低。岩性对抗压强度影响很显著,随着岩性硬度的增加,煤岩组合模型的冲击能量指数和弹性能量指数都随之增加。

复杂地质体FLAC^(3D)模型快速生成

直接利用FLAC3D软件建立复杂三维地质模型比较困难,而使用AutoCAD软件可以建立复杂三维模型,且方便、快捷和精确.将AutoCAD软件建立的复杂三维模型导入到ANSYS软件中,使用ANSYS软件对模型进行网格划分,使用ANSYS软件与FLAC3D软件的接口程序,将ANSYS软件已经划分过网格的三维模型的单元数据转换为FLAC3D单元的数据,在FLAC3D软件中导入三维模型,从而实现在FLAC3D软件中快速建立复杂三维地质模型.这为利用FLAC3D软件对复杂三维地质模型进行分析提供了一种便利的手段.该方法借助于AutoCAD软件的优点,使得在FLAC3D中精确快速建立复杂地质体三维模型更快捷.用此法建立贵州瓮福磷矿的某一复杂三维边坡FLAC3D模型,对该模型进行了稳定性分析.经分析该边坡的安全系数为3.03,边坡处于稳定状态.借助于该法可使利用FLAC3D进行复杂三维模型的分析更快捷.

用于FLAC^(3D)力学分析的矿床块段模型优化

FLAC3D主要是模拟计算地质材料和岩土工程的力学行为,可以对矿山开采中产生的空区及地表移动问题进行数值模拟,并进行稳定性分析。但对于复杂的工程和地质条件,FLAC3D本身的前处理能力不强,建立的模型不能准确反映实际情况,要做大量简化。因此,探讨依据FLAC3D网格划分的原则和三维矿床软件SURPAC构建块段模型的方法,对用于力学分析的块段模型构建的步骤、原则等进行研究,使建立的模型得到优化,使其能够直接作为FLAC3D分析的前处理模型进行模拟计算,并结合弹性力学的原理验证了其正确性,同时用优化后的前处理模型结合云南某铜矿的实际进行力学分析,验证了该方法的可行性和准确性。

分数阶导数蠕变模型及在FLAC3D中的数值实现

分数阶导数元件是一种具有一定物理意义和对变形规律精确描述的物理模型,本研究通过FLAC3D自带Burger模型和FISH语言,实现了分数阶导数蠕变模型在岩土工程计算分析中常用差分计算软件中的应用,该应用成果对于分数阶导数元件的数值模拟研究具有重要的参考价值和意义。

基于SURFER和ANSYS的FLAC3D三维地质模型建立

三维地质体模型的建立是ANSYS、FLAC3D等数值分析软件应用实际工程的一个难题。本文提出借助Suffer软件的Kriging插值功能，通过对地表三维数据的提取、转换，并将Suffer输出的地表模型经由ansys软件强大的前处理生成三维立体模型，再由FLAC3D内嵌的Fish喜言编制的程序进行二次转换．生成FLAC3D软件可以直接读取的模型数据文件，从而实现了复杂地表三维地质模型的快速、准确建立。

用于FLAC^(3D)力学分析的矿床块段模型优化建模技术研究

FLAC3D主要是模拟计算地质材料和岩土工程的力学行为,可以对矿山开采中产生的空区及地表移动问题进行数值模拟,并进行稳定性分析。但对于复杂的工程和地质条件,FLAC3D本身的前处理能力不强,建立的模型不能准确反映实际情况,要做大量简化。因此,本文探讨依据FLAC3D网格划分的原则和三维矿床软件SURPAC构建块段模型的方法,对用于力学分析的块段模型构建的步骤、原则等进行研究,使建立的模型得到优化,使其能够直接作为FLAC3D分析的前处理模型进行模拟计算,并结合弹性力学的原理验证了其正确性,同时用优化后的前处理模型结合云南某铜矿的实际进行力学分析,验证了该方法的可行性和准确性。