土木工程FLAC/FLAC3D實用教程

前　言

第1 章　有限差分法與FLAC 數(shù)值計算 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 網格劃分 6

1. 3. 3　一維問題FLAC 計算流程 7

1. 3. 4　平面問題FLAC 有限差分原理 10

1. 3. 5　三維問題FLAC 3D 有限差分原理 16

第2 章　FLAC / FLAC 3D 的模型與功能模塊 18

2. 1　FLAC / FLAC 3D 的材料模型 18

2. 2　FLAC / FLAC 3D 的結構單元 23

2. 2. 1　梁(Beam) 單元 23

2. 2. 2　錨索(Cable) 單元 25

2. 2. 3　樁(Pile) 單元 28

2. 2. 4　二維巖石錨桿(Rockbolt) 單元 29

2. 2. 5　二維條帶(Strip) 單元 29

2. 2. 6　二維支撐(Support) 單元 30

2. 2. 7　三維殼體(Shell) 單元 31

2. 2. 8　襯砌(Liner) 單元 31

2. 2. 9　三維土工格柵(Geogrid) 單元 33

2. 3　FLAC / FLAC 3D 高級功能與可選模塊 35

2. 3. 1　熱力學分析 35

2. 3. 2　蠕變分析 35

2. 3. 3　兩相流分析 36

2. 3. 4　動力學分析 37

2. 3. 5　基于C 的用戶自定義模型 39

第3 章　FLAC / FLAC 3D 命令及功能描述 40

3. 1　FLAC 命令約定及特點 40

3. 1. 1　語法 40

3. 1. 2　交互式輸入 41

3. 2　單元節(jié)點編號和面的方向約定 41

3. 3　命令功能描述 42

3. 3. 1　輸入幾何條件 42

3. 3. 2　創(chuàng)建命名對象 45

3. 3. 3　指定本構模型及其特性值 47

3. 3. 4　指定初始條件 47

3. 3. 5　邊界條件 51

3. 3. 6　指定結構單元 53

3. 3. 7　用戶自定義的變量和函數(shù) 62

3. 3. 8　在運算過程中監(jiān)控模型的狀態(tài) 63

3. 3. 9　運算求解 68

3. 3. 10　模型狀態(tài)的輸出 69

3. 4　FLAC 3D 5. 0 新功能介紹 72

3. 4. 1　網格拉伸工具 75

3. 4. 2　創(chuàng)建視圖中的操作 83

3. 4. 3　拉伸視圖中的操作 89

第4 章　FLAC 內置的FISH 語言 93

4. 1　FISH 語言的語法規(guī)則 93

4. 1. 1　命令行 93

4. 1. 2　函數(shù)名、變量名和潛在的沖突 94

4. 1. 3　變量作用范圍 99

4. 1. 4　函數(shù)組成、賦值和調用格式 99

4. 1. 5　數(shù)據(jù)類型 101

4. 1. 6　算術表達式和類型轉換 102

4. 1. 7　字符串 102

4. 1. 8　刪除和重定義FISH 函數(shù) 103

4. 1. 9　FISH 控制語句 104

4. 2　FLAC 與FISH 交互作用 106

4. 2. 1　FISH 調用 106

4. 2. 2　FLAC 明確定義的標量變量 107

4. 2. 3　網格點變量與單元變量 107

4. 2. 4　應變計算 108

4. 2. 5　Table 特殊函數(shù) 108

4. 2. 6　直接訪問內存的特殊函數(shù) 109

4. 2. 7　FISH 的輸入/輸出程序 109

第5 章　采用FLAC 建模計算的步驟及簡單實例分析 111

5. 1　簡單的隧道分析 111

5. 2　條基試驗 112

5. 3　馬蹄形隧道的建立 115

5. 4　傾斜節(jié)理的產生 116

5. 5　簡單邊坡的生成 117

5. 6　二級網格的連接 118

5. 7　關于破壞的解釋 120

5. 8　地表沉降計算分析 121

第6 章　采用FLAC 3D 建模計算的步驟及簡單實例分析 125

6. 1　簡單的基坑開挖問題 125

6. 2　網格的合并連接 126

6. 3　界面的形成 127

6. 4　隧道的生成 128

6. 5　復雜隧道的生成 130

6. 6　模型材料問題 140

6. 7　交界面的合并連接問題 142

6. 8　初始應力條件問題 144

6. 9　破壞問題分析 146

第7 章　基礎工程問題的數(shù)值計算 148

7. 1　莫爾-庫侖材料上的條形及圓形基礎計算 147

7. 1. 1　問題描述 148

7. 1. 2　理論解 148

7. 1. 3　建模過程 149

7. 1. 4　建模數(shù)據(jù)文件 150

7. 1. 5　結果及討論 152

7. 2　劍橋黏土排水與不排水三軸壓縮的數(shù)值模擬 156

7. 2. 1　問題描述 156

7. 2. 2　理論解 156

7. 2. 3　FLAC 模型 158

7. 2. 4　建模數(shù)據(jù)文件 159

7. 2. 5　結果及討論 169

7. 3　鉆孔的孔隙彈性響應分析 172

7. 3. 1　問題描述 172

7. 3. 2　理論解 172

7. 3. 3　模型 174

7. 3. 4　建模數(shù)據(jù)文件 175

7. 3. 5　結果討論 183

第8 章　邊坡問題的數(shù)值計算 186

8. 1　邊坡穩(wěn)定性系數(shù)的求解 186

8. 1. 1　問題描述 186

8. 1. 2　建模過程 186

8. 1. 3　建模數(shù)據(jù)文件 186

8. 1. 4　結果及討論 187

8. 2　巖石邊坡穩(wěn)定性分析 188

8. 2. 1　問題描述 188

8. 2. 2　建模過程 189

8. 2. 3　建模數(shù)據(jù)文件 190

8. 2. 4　結果及討論 191

8. 3　豎向及水平荷載作用下混凝土樁計算 192

8. 3. 1　問題描述 192

8. 3. 2　建模過程 193

8. 3. 3　建模數(shù)據(jù)文件 196

8. 3. 4　結果及討論 204

第9 章　基坑工程相關問題的數(shù)值計算 205

9. 1　盾構井的開挖及穩(wěn)定性研究 205

9. 1. 1　問題描述 205

9. 1. 2　建模過程 207

9. 1. 3　結果及討論 207

9. 2　基坑開挖過程中的滲流問題 211

9. 2. 1　問題描述 211

9. 2. 2　建模過程 212

9. 2. 3　建模數(shù)據(jù)文件 213

9. 2. 4　結果及討論 215

9. 3　平安國際金融中心深基坑開挖對鄰近地鐵車站影響研究 217

9. 3. 1　問題描述 217

9. 3. 2　建模過程 218

9. 3. 3　結果及討論 221

第10 章　地鐵施工相關問題的數(shù)值分析 247

10. 1　在盾構法隧道基礎上擴挖地鐵車站的數(shù)值分析 247

10. 1. 1　問題描述 247

10. 1. 2　工程概況 247

10. 1. 3　建模過程 248

10. 1. 4　雙隧道施工引起地表沉降的模擬 249

10. 1. 5　雙隧盾構基礎上擴挖成站施工引起地表沉降的模擬 251

10. 2　地鐵隧道穿越高層建筑樁基托換工程分析 253

10. 2. 1　工程概況 253

10. 2. 2　動態(tài)施工三維數(shù)值分析模型建立 254

10. 2. 3　地鐵隧道穿越樁基施工數(shù)值模擬優(yōu)化 257

10. 2. 4　地鐵隧道穿越樁基區(qū)力學行為分析 261

10. 2. 5　樁基托換方案研究與關鍵施工技術 263

10. 2. 6　樁基托換工程的實測分析與效果評價 266

10. 3　FLAC 3D 二次開發(fā)———地鐵施工誘發(fā)地層沉降分析 268

10. 3. 1　單隧道施工過程模擬及其誘發(fā)地層環(huán)境損傷分析的自動建模 269

10. 3. 2　地鐵隧道下穿建筑基礎誘發(fā)地層變形空間效應的實例分析 273

10. 3. 3　雙隧道施工過程模擬及其誘發(fā)地層環(huán)境損傷預測的自動建模 278

10. 3. 4　地鐵平行雙隧道開挖的應用實例分析 282

第11 章　礦山巷道開挖相關問題的數(shù)值分析 286

11. 1　礦柱受壓問題 286

11. 1. 1　問題的描述 286

11. 1. 2　建模過程 286

11. 1. 3　結果討論 287

11. 2　傾斜地層中巷道開挖的數(shù)值分析 287

11. 2. 1　問題的描述 287

11. 2. 2　建模過程 288

11. 2. 3　結果討論 290

11. 3　破碎巖體中巷道的維修與支護的數(shù)值分析(實例) 290

11. 3. 1　工程背景及問題描述 290

11. 3. 2　建模過程 291

11. 3. 3　結果討論 293

11. 4　晉煤集團趙莊二號井1305 工作面數(shù)值模擬分析 293

11. 4. 1　工程背景及問題描述 293

11. 4. 2　建模過程 294

11. 4. 3　結果討論 297

參考文獻2100433B

本書的體系結構主要從實用性方面進行考慮的。全書分11章，主要包括有限差分FLAC數(shù)值計算的基本原理，F(xiàn)LAC/FLAC3D的模型和功能模塊，F(xiàn)LAC/FLAC3D命令及FIAH語言，工程實例分析和命令流等方面。本書深入淺出的介紹了FLAC/FLAC3D的基本原理，采用簡單實例對FLAC/FLAC3D的建模計算步驟進行了介紹，并對相應命令流進行了較為詳細的說明，以使讀者能快速入門。同時，本書給出了基礎工程問題、邊坡問題、基坑工程問題、地鐵施工相關問題及礦山巷道相關問題的工程實例分析，對有一定FLAC軟件應用經驗的研究人員也具有參考價值。

《FLAC\FLAC3D基礎與工程實例》系統(tǒng)地介紹了FLAC/FLAc3D軟件的操作方法、基本理論和工程應用。《FLAC\FLAC3D基礎與工程實例》分為三大部分共21章，即入門篇(第1～7章)、專題篇(第8～14章)和應用篇(第15～20章)。入門篇的主要對象是軟件的初學者，主要介紹軟件的功能與特性、FLAC和FLAC3D的入門知識、前后處理的基本方法以及初始應力的生成方法等，通過這些章節(jié)的學習可以使初學者達到快速入門的目的。專題篇主要針對FLAC3D中的一些常用功能做較深入的探討，包括接觸面、結構單元、動力分析、流固耦合分析、自定義本構模型以及邊坡安全系數(shù)求解等，通過這些專題章節(jié)的學習，讀者可以了解特定問題的解決方法和基本思路。應用篇介紹FLAC和FLAC3D在巖土工程領域中的應用實例，包括冰漬土邊坡穩(wěn)定性分析、阪神地震的液化大變形分析、抗液化排水樁的抗震分析、深基坑開挖分析、板樁碼頭的變形分析、盾構隧道開挖的數(shù)值模擬等，這些實例囊括了所有專題章節(jié)的內容，具有較強的針對性和實用性，其中有些實例也是作者近年來的研究成果。另外，本書第21章還對FLAC/FLAC3D軟件學習過程中會遇到的一些常見問題、軟件的錯誤提示做了總結，并對軟件學習提出一些建議。

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《FLAC\FLAC3D基礎與工程實例》適合土木工程、水利工程、采礦工程等領域的工程技術人員學習和參考。

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