FLAC讲义含地下水的边坡例子.docx
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FLAC讲义含地下水的边坡例子.docx
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FLAC讲义含地下水的边坡例子
FLAC讲义
一、什么是FLAC
1.1FLAC之字义
F(Fast)L(Lagrangian)A(Analysisof)C(Continua).Lagrangian相对于Eulerian为每一时阶(timestep)之位移在Lagrangian之公式中,需对网格之座标予以更新,而Eulerian之公式则不予更新。
1.2FLAC之运算流程
1。
3FLAC基本单元
1。
4分析模式大小与RAM之关系
1。
5单位
1。
6正负号方向
(1)应力-正号代表张力,负号代表压力
(2)剪应力-详见下图,图中所示剪应力为正号
(3)应变-正的应变表示伸长,负的应变代表压缩
(4)剪应变-剪应变的正负号与剪应力相同
(5)孔隙压力-孔隙压力永远为正
(6)重力-正号的重力物质往下拉,负号的重力将物质往上提。
二、FLAC内建之组合律
FLAC内建之组合律有:
1.空洞模式(nullmodel)
使用于土壤被移除或开挖
2.弹性模式
3.塑性模式,
包括
a。
Drucker-Pragermodel
b.Mohr-Coulombmodel
c。
ubiquitous-jointmodel
d。
strain-hardening/softeningmodel
e.bilinearstrain-hardening/softeningmodel
f。
double-yieldmodel
gmodifiedcam-claymodel
此外,另有选购(option)模式,包括:
1.动力模式(DynamicOption)
2.热力模式(ThermalOption)
3.潜变模式(CreepOption)
使用者另可使用FISH语言去建构独特的组合律以符合所需。
三、FLAC-以命令为输入语法
请查阅相关手册
四、FLAC程式之使用步骤
4。
1FLAC程式使用前准备步骤
步骤1:
依比例画出所欲分析之资料
于纸上画出地点之位置、地层资料、并简标示距离及深度资料.
步骤2:
换算输入资料成同一单位
将现有地层资料,如Density,Bulkmodulus,Young`smodulus,tension,cohesion,frictionAngle等资料,换算成同一单位。
附注:
需谨慎检查输入资料之单位,如因单位不同而造成过大或过小的值,将会造成FLAC无法计算,而产生ERROR讯息。
步骤3:
应用公式简略计算
应用公式或依据经验,简略算出FLAC输出资料的范围,以做为Debug及输出资料分析时验证.
步骤4:
建立x,y座标与nodei,j之关系
于图上距离及深度之关系,建立x,y座标系统,再由x,y座标系统,转换与网格间系,为了便于以后输出资料的分析,故应确实掌握网格之位置及其相对应的x,y座标。
建议在敏感区域使用较密之网格,其它地区则使用较疏之网格,刚开始跑程式时,不宜使用网格太大的网格数目,因尽量使网格总数少于1000,以节省时间。
4。
2FLAC输入程式编写步骤
FLAC程式编写顺序需依实际工程进行之逻辑步骤建立。
如欲分析开挖题目,则需先求出未挖前之应力分布,再以此应力分布求开挖后之土壤变形及是否会崩毁,如因开挖后造成崩毁,则FLAC程式将无法继续,萤幕将出现ERROR讯息,如
BadGeometryZone,-——--————'—-———--——-—.
FLAC程式前几行之顺序为
oConfig ________
oGrid ________
oModel ________
以后各行编写之顺序,则建议以下之步骤:
1。
求起始之应力平衡
(1)建立x,y座标与网格之关系,建议使用Gen指示:
Genx1,y1x2,y2,x3,y3x4,y4i=i0,i1j=j0,j1详细指令参见使用手册,FLAC程式可自动产生x,y座标与网格之关系,但由于产生之网格座标不易控制,将对其它之工作产生负面影响,故依使用前步骤4所建立之关系,将网格依其疏密程度需要之不同,实际控制网格之座标。
(2)设定材料性质:
prop
(3)设定外力:
SetGrav,ApplyPressure,inisxx,Syy
(4)设定边界条件:
fix,free
(5)求起始之应力平衡:
solve
(6)储存:
Save
2求工程之影响
求出区域内之应力分布情况后,再依工程之流程及步骤阶段执行各工程进行过程之影响,建议使用以下之步骤:
(1)叫出起初之应力平衡:
re_____。
sav
(2)设定新的材料性质:
model,prop
(3)设定新的支撑性质:
struct
(4)设定新的外力
(5)设定边界条件
(6)求工程时之应力平衡
(7)储存
五、分析结果之印出及绘制
FLACV.3.4在分析成果之绘制上,较先前之各版本有一明显及方便的设计,因为V。
3.4(CONSOLE)版本.
5。
1分析成果绘图
a.直接绘图(不存图档)
flac:
setplotwindows
flac:
plotpenGRYD(欲画出格网及y向变位)
说明:
输入上述两行指令后,连结之印表机会直接印出图形,约占半页A4之纸张,如欲印出全页,则须设定印表机横向列印.
b.绘图(存图档)
flac:
setoutYD。
EMF(设以下要画之内容档名为。
emf)
flac:
setplotemfcolor(设彩色印制)
flac:
plotpenGRYD(画出之内容为格网及Y向变位)
说明:
YD。
EMF可用Word软体叫出并绘图
5.2印出分析内容或成果数据
flac:
setlogYD.TXT(YD.TXT为所要列印内容之档名)
flac:
printydi=1,10j=1,5(设要印出y向位移量)
flac:
setlogoff
说明:
输入上述三个指令后,可用Word,Nodepad等软体叫出YD。
TXT并列印.
六、分析范例-边坡稳定分析
本范例共分析三种情况即
(1)粒性土壤C=0;s13.sav
(2)C∮土壤C≠0∮=0;s14。
sav
(3)考虑水位线;s15.sav
其分析网格之建立如下二图所示
01title
02SLOPEUNDERGRAVITATIONALLOAD
03grid20,10
04;Mohr—Coulombmodel
05mm
06;soilproperties-notelargecohesiontoforceinitialelastic
07;behaviorfordetermininginitialstresssate.Thiswillprevent
08;slopefailurewheninitializingthegravitystresses
09props=。
3e8b=1e8d=1500fri=20coh=1e10ten=1e10
10;warpgridtoformaslope:
11gen0,00,320,320,0j14
12gensame9,1020,10samei621j411
13marki=1,6j=4
14marki=6,j=4,11
15modelnullregion1,10
16;displacementboundaryconditions
17fixxi=1
18fixxi=21
19fixxyj=1
20;applygravity
21setgrav=9.81
22;displacementhistoryofslope
23hisydisi=10j=10
24;solveforinitialgravitystresses
25slove
26;saveinitialstae
27savesll。
sav
28;resetdisplacementcomponentstozero
29inixdis=0ydis=0
30;setcohesionto0
31propcoh=0
32;uselargestrainlogic
33setlarge
34step200
35plotholdbodisxvelmin—2.25e—4max0int2.5e—5zero
36saves12.sav
37step800
38plotholdbodisxvelmin━1e—3max0int2e—4zero
39saves13.sav
40restsll。
sav
41inixdis=0ydis=0
42propcoh=le4tens0。
0
43setlarge
44solve
45savesl4.sav
46inixdis=0。
0ydis=0.0
47;installphreaticsurfaceinslope
48watertable1den1000
49table1(0,5)(6。
11,5)(20,9)
50defwetden
51 loopi(1,izones)
52 loopj(1,jzones)
53 ifmode(i,j)〉1 then
54 xa=(x(i,j)+x(i+1,j)+(i+1,j+1)+x(i,j+1)
55 xc=0。
25*xa
56 ya=(y(i,j)+y(i+1,j)+y(i+1,j+1)+y(i,j+1)
57 yc=0.25*ya
58 ifyc〈table(1,xc)then
59 density(i,j)=1800
60 endif
61 endif
62 endloop
63 endloop
64end
65wetden
66applypress2e4var0━2e4from1,4to6,6
67plotdenblowaterapply
68step6000
69sclin11901910
70plotholdbouvelpp
71saves15.sav
72return
程式说明
Line1-Line2
本分析之抬头
Line3
建立20X10之格网
Line4
以;为开始之指令为说明内容,FLAC不读;以后之指令
Line5
分析模式为模耳-库伦,即ModelMohr
Line6-Line8
说明:
底下之土壤系数中之C值及张力强度值故意放大,以免土壤在初始状况时即产生破坏
Line9
土壤性质properties
sShearModulusG=0。
3X10^8N/m^2
bBulkModulusB=1X10^8N/m^2
ddensityd=1500kg/m^3
frifrictionangle∮=20^.
CohCohesionC=1X10^8N/m^2
TenTensionStrengthT=1X10^8N/m^2
G=E/2(1+v) k=E/(3(1—2v)
Line10-Line12
格网座标化
Line13-Line14
以mark指令将格网区域化为两部份
Line15
挖除由mark区分后包含Region(1,10)的那部份将边坡"制造"出来
Line16-Line19
边界条件之设定i=1及21之边界只容许上下位移,最底部之边界则固定
Line20-Line21
加入重力于整个网格系统
Line22-Line23
选择格点(10,10)检核其y向之位移历线
Line24-Line25
开始计算求取答案
Line26-Line27
储存初始平衡之条件.唯一之力为重力。
此时之土体内应力为边坡既有之情况
Line28-Line29
将x向及y向之位移归零。
因边坡在未被碰触之前其位移应为零,但是其应力为力入重力后之自然现象,不应归零
Line30-Line31
探讨CASE1,纯粹性土壤之情况。
将土壤之property中之Cohesion设为零,其余参数不变
Line32-Line33
使用"大应变"之模式,则每一个step其格网座标自动更新
Line34
求解.除了使用slove之外,可令step=n,
Line35
绘出位移的等高线
Line37
设求解之step=800,以便观察800个step后之情况.因本CASE中土壤之C=0∮=20,很明显此边坡会破坏,step=800已够发现此现象。
Line40
再叫出sll。
sav即初始平衡况以便进行CASE2之分析
Line41
再设X及Y向位移为零
Line42
变更Cohesion为1X10^4N/m^2
Line47-Line49
设定水位线为table1,水的密度是1000kg/cm^3
Line50-Line64
使用FLAC去定义functionwet___den,此自设之function乃在定义水位线下之单位重为1800/cm^3.注意:
有几个loop就要有几个endloop,有几个if就要有几个endif,结尾必定要以end结束。
Line65
前面之definewet___den是在定义FLACfunction之内容。
而此行才是要命令FLAC在此时执行此function。
必需先定义出function之内容才能令FLAC执行。
Line66
加外力于边界上,如在边界内部则使用interio指令。
此行即沿著i=1,4在j=6之边界加上2e4Newton渐消减为0之外应力。
Line69
定出画图之扫瞄线scanline,此行定出一条扫瞄线连接(19,0)(19,10)两点,只要图中之等高线与此扫瞄线相交,即会标出,方便看图时之参考。
Line72
跳出FLAC执行档
新关于flac的几点说明
自从FLAC3D随着时间的发展模拟了非线性体系,与常规的有限元程序在计算结束时生成结果相比,它的结果的解释说明更难了。
这有一些指示器可以用来评估数值模型的状态-—例如,不管体系是稳定的,不稳定的,还是处于稳定的流变状态.各种各样的指示器用法如下所述。
9.1不平衡力
每个网格顶点最多由八个区域包围,这些区域对网格顶点施加力。
在平衡状态,这些力的代数和几乎为零(也就是说,网格顶点一边的力几乎与另一边的力平衡)。
如果不平衡力接近一个非零恒定值,那么这表示模型失败或进入了流变状态。
在计算过程中,最大不平衡力由所有的网格决定,在显示屏上可以不断看到这个理。
也可以把它保存为一个记录,并在图表里看到。
对于评估模型的状态,不平衡力是很重要的,但是它的量级要与网格内典型的内力量级作比较。
也就是说,有必要知道是什么产生了这个“小”力。
网格顶点的典型内力可以根据增加与力垂直方向的应力来找到,要取网格重要区域内的典型值。
用最大不平衡力与典型内力的比值表示R,表示为百分数,R的值从不会减小到零。
但是,根据要求的精确度,1%或0.1%都可能被认为是达到了平衡(例如,在顺序执行的中间阶段可能R=1%是足够好的,但是在做报告或论文时最终应力或位移分配可能要用R=0.1%)。
注意R值小只表示所有网格顶点的力都平衡.但是可能会发生没有加速度的流变。
为了区分流变和“真实”平衡,可能要检查另外的指示器,如下面所述。
9.2网格顶点的速度
评定网格的速度有两种方法,一是绘制整个区域的速度图(用PLOTvel命令),一是选择网格中的一些关键点并记录它们的速度(HISgpxvel,yvel或zvel).两种绘图方法都有用.在最后阶段如果速度记录显示为水平线,那么表明达到了稳定状态。
如果它们都收敛于趋近零(于它们的初始值相比),那么已经达到了绝对的平衡;如果有记录收敛于趋近零的值,那么与记录相应的网格顶点进入了流动状态。
如果一个或多个速度记录图显示上下波动,那么系统可能出现了瞬时现象。
注意速度由许多位移单元除以时步表示.速度向量图却很难说明,因为速度的大小和图样都很重要。
只要网格顶点受力,速度就决不会减小到零.速度的大小应该与通过执行很多时步(如1000步)生成的位移有关。
举例,如果体系的当前位移是1cm,且速度图中的最大速度是10-8m/时步,那么1000时步会产生一个10-5m,或10—3cm的位移增量,即当前位移的0。
1%。
这种情况下,即使速度在一个方向看起来是“平滑的”,那么也可以说体系是平衡的.更多的情况是,速度向量的方向很随意,(或几乎随意),大小可能很随意,(或几乎随意)。
当网格顶点力的改变小于计算机的精度—-小数点后六位时,会发生上面那种情况。
一个低振幅的速度场是没有流变的平衡状态的可靠的指示器。
如果速度场的向量是一致的(也就是说,有一个系统的样式),且大小很大(使用前面所述的准则),那么体系家发生了流动或还在发生弹性变化(例如,发生了弹性阻尼振动)。
为了确认流变是否在继续,应该检查一个塑性指示器图,如下所述。
不管怎样,如果有弹性振动,那么就应观察速度大小,以显示这些运动是不是重要.可能会看到表面上看起来有意义的模式,但如果振幅比较低,那么运动没有物理意义。
9。
3塑性指示器
对于FLAC3D中的塑性模型,可用PLOTblockstate命令显示塑性区,在塑性区内应力超过了屈服强度.这个指示器表示发生了流变,但是也可能一个单元只是“坐在”区域表面,而没有发生大的流变.为了看是否产生了机构,观察塑性指示器的整个模式很重要。
从塑性状态图可看出两种类型的破坏机制:
剪切破坏和拉伸破坏——在图上用不同的颜色给于表示。
塑性状态图可以显示的状态有:
(1)某一区域内的应力进入屈服状态(如某区域正处于破坏阶段时用—n表示);
(2)某一区域内的应力在模型运行过程中进入过屈服状态,但现在已经退出了屈服状态,用—p表示。
(3)某一区域在开始阶段出现塑性流动,后来由于应力重分布这一区域卸载而退出塑性状态,用shear—p或tension-p表示.
如果有很接近动态的塑性域(由剪力—n或拉力—n表示)的一条线连接两个面,那么表示失败机制起作用了.如果速度图上出现了与该机制相应的运动,那么可以肯定判断是正确的。
如果在塑性区和边界间没有接近线或小的区域,那么应该在执行,比如说,500时步前后比较两种模式。
动态的屈服区域是增加了还是减少了?
如果是减少了,那么体系可能正向平衡发展;如果是增加了,那么可能要发生最后的破坏。
对于普遍存在的铰模型,在塑性图上,用u:
剪力表示铰平面的破坏,用u:
拉力表示铰平面的拉伸破坏。
如果可以判断还将继续发生流变,那么还有一个问题—-动态的流变带包括邻近的人造边界吗?
术语“人工边界"是指这样一个边界,不对应实体,而只是用来限制网格的尺寸(见3。
4节)。
如果沿着这样的边界发生流变那么求解是不现实的,因为不存在的实体会影响失败机制。
这个结论只适用于最终稳定状态的求解;中间阶段沿着边界可能发生流变。
9。
4记录
在任何问题中,都有一些很重要的变量——例如在一个问题中位移很重要,而在另一个问题中应力却是重点。
通过使?
**IST命令在重要区域内自由使用这些重要变量。
在执行了一些时步后,绘制出这些记录可以发现体系都发生了什么变化.
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