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FLAC3D在巖土工程中的應用

中國水利水電出版社

【作者】孫書偉林杭任連偉編著

【I S B N 】978-7-5084-8544-7

【責任編輯】宋俊娥

【適用讀者群】科技

【出版時間】2011-06-01

【開本】16開

【裝幀信息】平裝（光膜）

【版次】第1版第1次印刷

【頁數(shù)】448

【千字數(shù)】728

【印張】28

【定價】￥62

【叢書】萬水CAE技術(shù)叢書

【備注信息】

圖書詳情

簡介

本書特色

前言

章節(jié)列表

精彩閱讀

下載資源

相關(guān)圖書

本書深入淺出地介紹FLAC3D軟件在巖土工程中的應用。本書分11章，首先簡單介紹FLAC3D的一些基本功能，包括軟件的安裝與啟動、一般問題的分析步驟、符號規(guī)定以及文件類型等內(nèi)容；然后借助眾多經(jīng)典實例深入闡述FLAC3D用于巖土工程分析中時相關(guān)的高級分析技術(shù)，包括參數(shù)化設計語言FISH、自定義本構(gòu)模型和三維復雜模型的建立方法等；最后以實際工程為對象，重點介紹FLAC3D在基坑工程、邊坡工程、樁基工程、隧道工程以及采礦工程中的應用。

本書內(nèi)容翔實、重點突出，配有大量插圖，使讀者能夠迅速、準確而深入地理解FLAC3D的用法，快速掌握該門數(shù)值分析軟件。本書還包含眾多經(jīng)典實例的命令流，可以從中國水利水電出版社網(wǎng)站和萬水書苑（http://www.waterpub.com.cn/softdown/和http://mightybasket.cn）免費下載，讀者可以自由選取作為研究和學習之用。

本書既可以作為理工科院校巖土、隧道、鐵路、公路等相關(guān)專業(yè)的高年級本科生、研究生、博士生與教師學習FLAC3D軟件及其應用的教材，也可以作為從事巖土工程、道路與鐵道工程、隧道工程等專業(yè)的科研人員和工程技術(shù)人員學習使用FLAC3D軟件的參考用書。

理論+應用深入剖析巖土工程領(lǐng)域經(jīng)典實例

深入淺出地講解FLAC3D技術(shù)

多年FLAC3D實際科研與工程經(jīng)驗的總結(jié)

免費下載案例的命令文件和模型文件

最值得擁有的FLAC3D大作

近20年來，隨著計算機的飛速發(fā)展和廣泛應用以及數(shù)值分析方法的日益完善，出現(xiàn)了許多通用和專業(yè)的數(shù)值分析軟件，并在各個領(lǐng)域得到了廣泛的應用。

FLAC3D是由美國Itasca Consulting Group Inc.公司開發(fā)的三維顯式有限差分程序。作為一個專業(yè)分析軟件，F(xiàn)LAC3D能夠進行巖土、結(jié)構(gòu)、溫度、流體等多學科的研究，目前已廣泛應用于巖土工程、采礦工程、隧道工程、道路與鐵道工程等領(lǐng)域的科學研究之中。

在世界范圍內(nèi)，F(xiàn)LAC3D已經(jīng)成為巖土工程行業(yè)CAE仿真分析軟件的主流，在基坑、邊坡、礦產(chǎn)、隧道及地下洞室等工程中得到了最為廣泛的應用，并可以對這些結(jié)構(gòu)在各種外荷載條件下的受力、變形、穩(wěn)定性及動力特性等做出較為全面的分析。此外，在本構(gòu)模型、結(jié)構(gòu)單元以及組合分析、多場耦合等方面，F(xiàn)LAC3D為用戶提供了多樣化的全面解決方案，為巖土工程師提供了功能強大且方便易用的分析手段。

主要內(nèi)容：

本書以FLAC3D 3.0軟件為操作平臺，共分11章。具體內(nèi)容安排如下：

第1章巖土工程數(shù)值分析方法簡介。主要介紹相關(guān)概念以及FLAC3D的理論背景和軟件特點。

第2章 FLAC3D快速學習。主要介紹FLAC3D的基礎(chǔ)知識，如安裝和啟動、基本操作、基本分析過程等。

第3章 FLAC3D中的參數(shù)化設計語言——FISH。主要介紹FISH語言的基礎(chǔ)知識，如代碼的編寫規(guī)范、數(shù)據(jù)類型、表達式的書寫規(guī)則、程序控制結(jié)構(gòu)和文件系統(tǒng)等。

第4章 FLAC3D自定義本構(gòu)模型方法。以建立節(jié)理巖體損傷演化本構(gòu)模型為例，重點介紹自定義本構(gòu)模型的實現(xiàn)方法、自定義本構(gòu)模型的調(diào)試與驗證等。

第5章 FLAC3D建模方法。主要介紹FLAC3D網(wǎng)格模型的建立方法，包括使用內(nèi)置網(wǎng)格生成器建立簡單模型、第三方軟件與FLAC3D的模型接入方法以及復雜模型的建立方法等。

第6章典型巖土力學問題FLAC3D模擬。主要介紹鋸齒結(jié)構(gòu)面直剪試驗和層狀巖體壓縮特性兩個典型巖土力學問題的FLAC3D模擬分析方法。

第7章 FLAC3D在基坑工程中的應用。以兩種典型支護方式——內(nèi)支撐支護和土釘支護為例，介紹采用FLAC3D模擬基坑開挖和支護的步驟和方法。

第8章 FLAC3D在邊坡工程中的應用。主要介紹利用FLAC3D進行邊坡穩(wěn)定性評價的方法，包括強度折減法的原理和實現(xiàn)思路、邊坡滑動面的確定以及單因素分析過程以及Hoek-Brown準則在邊坡穩(wěn)定分析中的應用。

第9章 FLAC3D在樁基工程中的應用。系統(tǒng)介紹利用FLAC3D進行單樁、群樁模擬的方法，包括樁－土接觸面的建立方法、單樁與群樁靜荷載試驗的模擬方法、單樁水平荷載試驗的模擬方法、群樁抗拔試驗模擬以及樁基負摩阻力的模擬分析方法。

第10章 FLAC3D在隧道工程中的應用。結(jié)合工程實例，重點介紹山嶺公路隧道的三維流固耦合模擬分析方法，包括公路連拱隧道流固耦合作用機理及影響因素分析、偏壓隧道圍巖的滲流場分析和分離式隧道圍巖的流固耦合分析方法。

第11章 FLAC3D在采礦工程中的應用。主要闡釋了采礦工程需要模擬解決的主要問題以及FLAC3D在采礦工程中的應用特色，結(jié)合工程實例，介紹了上保護層開采問題、采空區(qū)下布巷問題、露天邊坡開挖穩(wěn)定問題等的模擬分析方法。

此外，附錄A為FLAC3D的命令一覽，附錄B為FLAC3D中的FISH保留字，附錄C提供了巖土工程常用的經(jīng)驗參數(shù)值。

適用對象

本書既可以作為理工科院校巖土、隧道、采礦等相關(guān)專業(yè)的高年級本科生、碩士生、博士生與教師學習FLAC3D軟件及其具體應用的教材，也可以作為從事巖土工程、采礦工程、隧道工程等專業(yè)的科研人員和工程技術(shù)人員學習使用FLAC3D軟件的參考用書。

編寫分工

全書編寫分工如下：第1、2章由任連偉執(zhí)筆，第3章由孫書偉執(zhí)筆，第4章由柴紅保、林杭合編，第5章由孫書偉、任連偉、丁勇春合編，第6、8章由林杭執(zhí)筆，第7章由丁勇春執(zhí)筆，第9章由任連偉、孔綱強合編，第10章由李地元執(zhí)筆，第11章由趙洪寶執(zhí)筆。書中部分素材來自中仿科技FLAC/FLAC3D論壇、Itasca中國論壇、yantubbs論壇的眾多網(wǎng)友上傳的寶貴資料，在此表示感謝。河海大學陳育民博士對本書的內(nèi)容安排提出了寶貴意見，在此致以誠摯的謝意。

特別感謝中國工程院周鏡院士在百忙之中為本書作序。

在本書的編寫過程中，參與具體工作的還有陳洪軍、李偉、景小艷、王呼佳、許志清、劉軍華、夏惠軍、張賽橋、姚新軍、張代全、萬雷、王斌、江廣順、李強、吳志俊、余松、郭敏、董茜、陳鯤、王曉。還要感謝中國水利水電出版社老師的辛苦努力，正是因為他們辛苦的付出，才使本書能在第一時間和讀者見面。

限于時間和作者水平所限，書中疏漏之處在所難免，歡迎廣大讀者和同行批評指正。若讀者在學習過程中發(fā)現(xiàn)問題或有更好的建議，歡迎發(fā)Email至sharepub@126.com，我們將負責地對待每位讀者的來信。

作者

2011年4月

第1章巖土工程數(shù)值方法簡介 1
1.1 數(shù)值分析方法概述 1
1.2 三維快速拉格朗日分析的數(shù)學模型 3
1.2.1 空間導數(shù)的有限差分近似 3
1.2.2 節(jié)點運動方程 4
1.2.3 增量形式的本構(gòu)方程 6
1.2.4 時間導數(shù)的有限差分近似 7
1.2.5 阻尼力 7
1.2.6 有限差分法 7
1.3 常用數(shù)值計算軟件對比 8
1.3.1 FLAC3D軟件 8
1.3.2 3DEC特性簡介 10
1.3.3 FLAC法和有限元法的優(yōu)缺點 11
1.3.4 ABAQUS、ANSYS、
FLAC3D的比較 13
1.4 數(shù)值分析在巖土工程分析中的地位 13
1.5 本章小結(jié) 15
第2章 FLAC3D快速學習 16
2.1 安裝啟動程序 16
2.1.1 組件 16
2.1.2 應用程序和圖形處理設備 16
2.1.3 啟動軟件 17
2.1.4 程序的初始化 18
2.1.5 運行FLAC3D 18
2.2 基本操作 18
2.2.1 常用命令的使用 18
2.2.2 基本術(shù)語 25
2.2.3 有限差分網(wǎng)格 27
2.2.4 命令語法 27
2.2.5 對象的命名 28
2.3 用FLAC3D問題分析過程 29
2.3.1 簡單網(wǎng)格的生成 30
2.3.2 定義材料模型 33
2.3.3 設定邊界和初始條件 35
2.3.4 初始平衡狀態(tài) 39
2.3.5 保存和恢復某個狀態(tài) 42
2.3.6 常用命令總結(jié) 45
2.3.7 符號約定 46
2.3.8 文件類型 47
2.4 本章小結(jié) 48
第3章 FLAC3D中的參數(shù)化設計語言——FISH 49
3.1 代碼的編寫規(guī)范 49
3.1.1 命名規(guī)則 49
3.1.2 代碼書寫 50
3.1.3 程序注釋 50
3.1.4 格式化及縮排 51
3.2 數(shù)據(jù)類型 51
3.2.1 數(shù)值型數(shù)據(jù)類型 52
3.2.2 字符型數(shù)據(jù)類型 52
3.2.3 指針型數(shù)據(jù)類型 52
3.3 變量與函數(shù) 53
3.3.1 變量 53
3.3.2 函數(shù)的創(chuàng)建 53
3.3.3 函數(shù)的調(diào)用 54
3.4 運算符 55
3.4.1 算術(shù)運算符 55
3.4.2 字符串運算符 56
3.4.3 關(guān)系運算符 57
3.5 表達式 57
3.5.1 表達式的組成 57
3.5.2 表達式的書寫規(guī)則 57
3.5.3 復合表達式的運算順序 58
3.6 程序控制結(jié)構(gòu) 58
3.6.1 順序結(jié)構(gòu) 58
3.6.2 選擇結(jié)構(gòu) 59
3.6.3 循環(huán)結(jié)構(gòu) 63
3.6.4 其他結(jié)構(gòu)控制語句 65
3.7 數(shù)組 67
3.7.1 一維數(shù)組 67
3.7.2 多維數(shù)組 68
3.8 文件系統(tǒng) 69
3.8.1 文件的打開和關(guān)閉 69
3.8.2 文件的寫操作 70
3.8.3 文件的讀操作 72
3.9 應用實例 73
3.9.1 前處理程序 73
3.9.2 計算分析程序 74
3.9.3 后處理程序 76
3.10 本章小結(jié) 82
第4章 FLAC3D自定義本構(gòu)模型方法 83
4.1 概述 83
4.2 損傷演化本構(gòu)模型 84
4.2.1 裂隙巖體本構(gòu)關(guān)系 84
4.2.2 壓應力作用下裂隙巖體
損傷柔度張量 85
4.2.3 拉應力作用下裂隙巖體
損傷柔度張量 86
4.2.4 損傷度 87
4.3 裂紋損傷演化自定義本構(gòu)模型 87
4.4 隧道開挖損傷演化模擬 102
4.4.1 計算模型與方法 103
4.4.2 模擬結(jié)果分析 104
4.5 本章小結(jié) 107
第5章 FLAC3D建模方法 108
5.1 簡單網(wǎng)格的建立 108
5.1.1 基本網(wǎng)格的形狀 108
5.1.2 單元網(wǎng)格的生成 110
5.1.3 網(wǎng)格的連接 113
5.1.4 簡單網(wǎng)格模型的建立 116
5.2 其他網(wǎng)格模型的導入 118
5.2.1 FLAC3D網(wǎng)格的數(shù)據(jù)格式 118
5.2.2 ANSYS網(wǎng)格模型的導入 119
5.2.3 ABAQUS網(wǎng)格模型的導入 131
5.3 復雜模型的建立 131
5.3.1 實體單元的建立 132
5.3.2 結(jié)構(gòu)單元的建立 136
5.3.3 后處理 141
5.4 本章小結(jié) 145
第6章典型巖土力學問題FLAC3D模擬 146
6.1 鋸齒結(jié)構(gòu)面直剪試驗模擬 146
6.1.1 模型建立 146
6.1.2 節(jié)理面特性 154
6.1.3 模擬結(jié)果與討論 155
6.2 層狀巖體壓縮特性模擬 163
6.2.1 數(shù)值計算模型 163
6.2.2 層狀巖體破壞機理的理論分析 168
6.2.3 單軸壓縮模擬分析 169
6.3 本章小結(jié) 179
第7章 FLAC3D在基坑工程中的應用 180
7.1 FLAC3D基坑模擬基本方法 180
7.1.1 模型尺寸與邊界條件 180
7.1.2 初始應力條件 181
7.1.3 本構(gòu)模型選擇 181
7.1.4 修正劍橋模型 183
7.1.5 基坑支護結(jié)構(gòu)模似 188
7.1.6 模擬步驟及收斂判斷 193
7.2 應用實例一：內(nèi)支撐支護基坑
數(shù)值模擬 194
7.2.1 計算模型及參數(shù) 194
7.2.2 支護結(jié)構(gòu)及接觸參數(shù) 195
7.2.3 施工工況模擬步驟 196
7.2.4 計算結(jié)果及分析 197
7.2.5 計算命令 202
7.3 應用實例二：土釘支護基坑數(shù)值模擬 206
7.3.1 工程概況 206
7.3.2 計算模型及參數(shù) 206
7.3.3 施工工況模擬步驟 208
7.3.4 計算結(jié)果及分析 209
7.3.5 計算命令 215
7.4 本章小結(jié) 218
第8章 FLAC3D在邊坡工程中的應用 219
8.1 邊坡穩(wěn)定性的強度折減法分析 219
8.1.1 強度折減法的基本原理 219
8.1.2 計算模型介紹 220
8.1.3 邊坡失穩(wěn)判據(jù) 221
8.2 邊坡滑動面確定方法及
穩(wěn)定性影響因素研究 229
8.2.1 滑動面確定方法 229
8.2.2 粘結(jié)力的影響 234
8.2.3 內(nèi)摩擦角的影響 236
8.2.4 抗拉強度的影響 238
8.2.5 剪脹角的影響 238
8.2.6 彈性模量的影響 244
8.3 Mohr-Coulomb準則在層狀邊坡
穩(wěn)定性分析中的應用 248
8.3.1 地質(zhì)概況 248
8.3.2 失穩(wěn)機制 248
8.3.3 數(shù)值計算方法 249
8.3.4 分析與討論 252
8.4 Hoek-Brown準則在三維邊坡
穩(wěn)定性分析中的應用 256
8.4.1 工程概況 256
8.4.2 數(shù)值模型 257
8.4.3 監(jiān)測點布置 261
8.4.4 計算分析 266
8.5 本章小結(jié) 269
第9章 FLAC3D在樁基工程中的應用 270
9.1 接觸面單元 271
9.1.1 FLAC3D中接觸面的基本理論 271
9.1.2 接觸面幾何模型的建立 273
9.1.3 接觸面常用命令 275
9.1.4 interface和attach 276
9.2 單樁靜荷載試驗模擬 279
9.2.1 問題描述 279
9.2.2 模型建立 281
9.2.3 加載方式 282
9.2.4 影響因素分析 285
9.3 群樁靜荷載試驗模擬 291
9.3.1 問題描述 291
9.3.2 模型建立 292
9.3.3 群樁受力模擬 298
9.3.4 數(shù)據(jù)后處理 299
9.4 單樁水平荷載試驗模擬 303
9.4.1 問題描述 303
9.4.2 水平荷載試驗模擬 305
9.4.3 數(shù)據(jù)后處理 310
9.5 群樁抗拔試驗模擬及其應用 316
9.5.1 問題描述 316
9.5.2 模型的建立及參數(shù)選擇 318
9.5.3 影響因素分析 319
9.5.4 工程實例驗證 320
9.6 樁基負摩阻力模擬及其應用 326
9.6.1 問題描述 326
9.6.2 模型建立及參數(shù)選擇 327
9.6.3 數(shù)值模擬與模型試驗結(jié)果
的對比分析 328
9.6.4 影響因素分析 335
9.6.5 工程實例驗證 341
9.7 常用命令總結(jié) 343
9.8 本章小結(jié) 345
第10章 FLAC3D在隧道工程中的應用 346
10.1 隧道簡介 346
10.2 山區(qū)公路隧道滲流病害特征調(diào)研 347
10.2.1 工程概況 347
10.2.2 圍巖裂隙發(fā)育情況統(tǒng)計 348
10.2.3 隧道滲漏水及其相關(guān)病害
現(xiàn)象特征 349
10.3 山嶺公路隧道的三維流固耦合分析 351
10.3.1 FLAC3D流固耦合計算原理簡介 352
10.3.2 公路連拱隧道流固耦合作用的
數(shù)值分析 353
10.3.3 連拱隧道流固耦合作用的影響
因素分析 364
10.3.4 偏壓條件下連拱隧道圍巖滲流
場分析 376
10.3.5 分離式隧道圍巖流固耦合分析 380
10.4 本章小結(jié) 385
第11章 FLAC3D在采礦工程中的應用 386
11.1 我國資源開采工作現(xiàn)狀 386
11.2 采礦工程需要解決的主要問題 389
11.3 FLAC3D可解決的采礦工程中問題 391
11.4 FLAC3D數(shù)值模擬研究的關(guān)鍵 392
11.5 上保護層開采問題 394
11.6 采空區(qū)下布巷問題 402
11.7 露天邊坡開挖穩(wěn)定問題 409
11.8 小結(jié) 413
附錄A FLAC3D命令一覽 414
附錄B FLAC3D的FISH保留字 423
附錄C 巖土工程常用參數(shù)經(jīng)驗值 428
參考文獻 432

經(jīng)典樣章
命令流

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