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第1章 FLAC／FLAC3D的功能与特性1

1.1 FLAC／FLAC3D简介1

1.2 FLAC／FLAC3D的主要特点1

1.2.1 FLAC／FLAC3D的使用特征1

1.2.2 FLAC／FLAC3D的计算特征2

1.2.3 FLAC／FLAC3D的求解流程3

1.3 FLAC／FLAC3D的应用范围4

1.4 FLAC／FLAC3D的不足4

第2章 FLAC3D快速入门6

2.1初识FLAC3D6

2.1.1图形界面6

2.1.2分析的基本组成部分7

2.1.3简单分析命令概要8

2.1.4文件类型8

2.1.5结果输出10

2.2简单示例11

2.3收敛标准12

2.3.1常用收敛标准13

2.3.2自定义收敛标准13

2.4求解过程中有关变量的解释13

2.4.1不平衡力13

2.4.2网格节点速度14

2.4.3塑性区标识15

2.4.4历时曲线16

2.5本章小结16

第3章 FLAC快速入门17

3.1概述17

3.1.1使用界面介绍17

3.1.2网格和节点19

3.1.3修改程序内存20

3.2一个简单的实例20

3.2.1问题描述21

3.2.2启动FLAC21

3.2.3建立网格21

3.2.4定义材料22

3.2.5定义边界条件24

3.2.6重力设置25

3.2.7初始应力计算25

3.2.8保存状态文件25

3.2.9查看初始应力计算结果26

3.2.10查看最大不平衡力28

3.2.11实施开挖29

3.2.12设置历史变量30

3.2.13开挖计算并保存31

3.2.14后处理31

3.3文件系统33

3.4功能模块介绍35

3.4.1 Build选项卡——建立网格35

3.4.2 Alter选项卡——修改网格36

3.4.3 Material选项卡——材料赋值36

3.4.4 In-Situ选项卡——初始条件和边界条件37

3.4.5 Structure选项卡——结构单元37

3.4.6 Utility选项卡——应用功能37

3.4.7 Settings选项卡——计算设置38

3.4.8 Plot选项卡——后处理38

3.4.9 Run选项卡——求解39

3.5应用实例——路堤堆载的模拟39

3.5.1问题描述40

3.5.2建立网格40

3.5.3材料赋值42

3.5.4边界条件43

3.5.5初始应力计算43

3.5.6路堤堆载的模拟44

3.5.7后处理44

3.6本章小结46

第4章 计算原理与本构模型47

4.1计算基本原理47

4.1.1有限差分法47

4.1.2混合离散法47

4.1.3求解过程49

4.2本构模型50

4.2.1空模型51

4.2.2弹性模型51

4.2.3塑性模型51

4.2.4本构模型的选择52

4.2.5本构模型的执行方式53

4.3本章小结54

第5章FLAC3D的网格建模方法55

5.1网格生成器及应用55

5.1.1基本形状网格的特征55

5.1.2基本形状网格的建立56

5.1.3基本形状网格的连接与分离63

5.1.4 FISH在网格建模中的应用64

5.1.5应用实例——层状边坡三维网格的生成66

5.2其他软件的网格导入70

5.2.1 FLAC3D的网格单元数据形式71

5.2.2与其他软件的导入接口——以ABAQUS为例72

5.3本章小结73

第6章FLAC3D的后处理74

6.1概述74

6.2基本后处理功能74

6.2.1 PLOT命令的格式75

6.2.2 PLOT图形的输出76

6.2.3初始应力计算结果的后处理77

6.2.4查看施加载荷后计算结果的后处理80

6.3其他软件的后处理——Tecplot90

6.4本章小结93

第7章 初始地应力场的生成及应用94

7.1初始地应力场生成方法94

7.1.1弹性求解法94

7.1.2更改强度参数的弹塑性求解法95

7.1.3分阶段弹塑性求解法96

7.2几个简单的例子97

7.2.1设置初始应力的弹塑性求解97

7.2.2存在静水压力的初始地应力场生成98

7.2.3水下建筑物的初始应力场生成99

7.2.4深埋工程的初始应力场生成1

7.3应用实例——路基施工过程模拟103

7.3.1问题描述103

7.3.2模型建立104

7.3.3初始应力计算105

7.3.4施工过程模拟106

7.3.5绘制沉降曲线108

7.4本章小结111

第8章FISH语言112

8.1两个问题112

8.2从最简单的程序开始113

8.3基本知识114

8.3.1函数与变量114

8.3.2数据类型114

8.4主要语句115

8.4.1选择语句115

8.4.2条件语句115

8.4.3循环语句116

8.4.4命令语句117

8.5内置变量与函数117

8.5.1变量与函数的类型117

8.5.2单元遍历与节点遍历117

8.6应用实例118

8.6.1让土体的模量随小主应力变化118

8.6.2分级加载的施加与监测119

8.6.3获得最大位移的大小及发生位置120

8.6.4得到主应力差云图122

8.7编程与查错技巧123

8.7.1编程技巧123

8.7.2查错方法124

8.8本章小结125

第9章 接触面126

9.1概述126

9.2基本理论126

9.2.1 FLAC3D中接触面的基本理论126

9.2.2 FLAC中的接触面理论128

9.3 FLAC3D接触面几何模型的建立130

9.3.1 移来移去法130

9.3.2导来导去法132

9.3.3切割模型法134

9.3.4接触面建立所存在的问题135

9.4 FLAC接触面几何模型的建立137

9.5接触面参数的选取139

9.5.1接触面参数的确定139

9.5.2接触面参数的影响141

9.6单桩静载荷试验模拟143

9.7与接触面有关的常用命令145

9.8本章小结146

第10章 结构单元及应用147

10.1概述147

10.1.1基本术语147

10.1.2几何模型的建立150

10.1.3结构单元的连接154

10.1.4边界条件与初始条件154

10.1.5局部坐标系与符号约定155

10.2结构单元的基本原理156

10.2.1梁（beam）单元156

10.2.2锚索（cable）单元157

10.2.3桩（pile）单元160

10.2.4壳（shell）单元163

10.2.5土工格栅（geogrid）单元164

10.2.6初衬（liner）单元165

10.3后处理167

10.3.1结构节点的输出信息及历史变量167

10.3.2结构构件的输出信息及历史变量167

10.4应用实例168

10.4.1使用梁单元进行开挖支护168

10.4.2关于预应力锚杆的模拟170

10.4.3结构单元的动力响应172

10.5本章小结174

第11章 非线性动力反应分析175

11.1概述175

11.1.1与等效线性方法的关系176

11.1.2 FLAC3D动力计算采用的本构模型177

11.2动力时间步177

11.3动态多步178

11.4动力载荷和边界条件181

11.4.1动力载荷的类型与施加方法181

11.4.2边界条件的设置183

11.4.3地震载荷的输入189

11.5力学阻尼190

11.5.1瑞利阻尼（Rayleighdamping）190

11.5.2局部阻尼（Local damping）194

11.5.3滞后阻尼（Hysteretic damping）196

11.5.4关于阻尼设置的一些讨论198

11.6网格尺寸的要求198

11.7输入载荷的校正199

11.7.1滤波199

11.7.2基线校正199

11.8动孔压模型与土体的液化199

11.9完全非线性动力耦合分析步骤200

11.10应用实例——振动台液化试验模拟201

11.10.1计算模型及参数202

11.10.2计算过程203

11.10.3计算结果与分析206

11.11本章小结207

第12章 流—固相互作用分析208

12.1概述208

12.2流固相互作用的两种计算模式209

12.2.1无渗流模式209

12.2.2渗流模式211

12.3流体分析的参数和单位213

12.3.1渗透系数213

12.3.2密度213

12.3.3流体模量214

12.3.4孔隙率215

12.3.5饱和度215

12.3.6流体的抗拉强度216

12.4流体边界条件216

12.4.1透水边界与不透水边界216

12.4.2其他渗流条件217

12.4.3关于流体边界条件的讨论218

12.5流体问题的求解218

12.5.1时标（Time scale）219

12.5.2完全耦合分析方法的选择220

12.5.3固定孔压分析（有效应力分析）222

12.5.4单渗流分析建立孔压分布222

12.5.5无渗流——力学引起的孔压223

12.5.6流固耦合分析225

12.6应用实例229

12.6.1心墙土坝的渗流229

12.6.2真空预压的简单模拟232

12.7本章小结235

第13章 自定义本构模型236

13.1自定义本构模型的实现236

13.2模型运行方法237

13.2.1编译项目238

13.2.2创建一个新的项目238

13.2.3选择Release／Debug编译选项238

13.2.4改变输出文件名为自定义的DLL238

13.2.5在项目中添加用户自定义的源文件和头文件239

13.3以Mohr-Coulomb模型为例239

13.3.1头文件（usermohr.h）240

13.3.2 C+++源文件（usermohr.cpp）241

13.4开发实例——Duncan-Chang模型的开发247

13.4.1理论描述248

13.4.2开发流程249

13.4.3调试与验证254

13.5本章小结259

第14章 边坡安全系数求解260

14.1强度折减法260

14.1.1基本原理260

14.1.2实现过程260

14.2应用实例261

14.2.1安全系数求解262

14.2.2自编强度折减法的实现267

14.3强度折减法评述及使用建议269

14.3.1强度折减法评述269

14.3.2强度折减法使用建议270

14.4本章小结270

第15章 冰碛土边坡稳定性研究271

15.1概述271

15.2边坡工程地质模型272

15.3冰碛土抗剪强度参数研究272

15.3.1冰碛土的组成和结构特性273

15.3.2抗剪强度参数研究思路274

15.3.3冰碛土结构的元胞自动机模拟274

15.3.4元胞自动机模型的导入276

15.3.5三轴数值模拟试验278

15.3.6试验结果及分析280

15.3.7抗剪强度预测模型283

15.4边坡稳定性分析方法研究285

15.4.1边坡稳定性综合分析方法构建285

15.4.2简化一次二阶矩法（Sfosm法）286

15.4.3边坡稳定的FLAC3D分析287

15.4.4边坡可靠度分析294

15.5本章小结295

第16章 阪神地震液化大变形分析297

16.1前言297

16.2液化后流动本构模型及其在FLAC3D中的开发297

16.2.1液化后流动本构模型298

16.2.2一般应力条件下饱和砂土液化的判定准则298

16.2.3开发过程299

16.2.4PL-Finn模型的开发流程300

16.2.5液化状态指示器的编写300

16.3前处理302

16.3.1模型尺寸及计算参数302

16.3.2地震波的调整304

16.3.3网格划分306

16.4静力计算结果306

16.5动力计算结果309

16.5.1变形分析309

16.5.2液化区比较311

16.6本章小结312

第17章 抗液化排水桩的数值模拟313

17.1概述313

17.2前处理313

17.2.1网格建立与初始应力生成314

17.2.2桩模型及接触面单元的生成314

17.3震前初始应力状态的计算316

17.4动力计算319

17.4.1动力输入319

17.4.2单元额外变量的定义320

17.4.3历史变量的记录321

17.5计算结果与分析322

17.5.1超孔压比分析323

17.5.2超孔压与竖直向有效应力分析327

17.6本章小结333

第18章 深基坑工程分析334

18.1前言334

18.1.1工程概况334

18.1.2基坑围护方案335

18.2计算模型及参数337

18.3分析过程339

18.3.1初始应力计算339

18.3.2支护桩的施工339

18.3.3开挖计算340

18.4计算结果分析343

18.5本章小结343

第19章 装配式防波堤的变形分析344

19.1概述344

19.2分析思路345

19.2.1 Beam单元346

19.2.2 Pile单元346

19.2.3 Interface单元346

19.3施工过程的模拟346

19.3.1计算模型及参数346

19.3.2计算步骤348

19.4波浪载荷作用下结构的变形分析355

19.4.1分析方法355

19.4.2波浪载荷的计算355

19.4.3波峰作用下的计算结果355

19.4.4波谷作用下的计算结果357

19.5计算结论与本章小结359

第20章 盾构开挖对软粘土地层的扰动模拟360

20.1概述360

20.2问题描述360

20.3 FLAC3D模拟隧道开挖中若干问题的解决362

20.3.1采用修正剑桥模型模拟软粘土地层应力应变特性362

20.3.2流固耦合模拟隧道开挖地层变形时效性365

20.3.3壳单元模拟隧道衬砌支护366

20.4计算文件367

20.5计算结果分析371

20.6本章小结374

第21章 常见问题及学习建议376

21.1常见问题及其解答376

21.2常见错误提示及其解决办法379

21.3学习经验和建议380

附录A FLAC3D命令一览382

附录B FLAC3D的FISH保留字391

附录C FLAC的FISH保留字395

参考文献397