a. 粘结界面 b. 粘接滑移 c. 库伦滑动
1.6、FLAC3D界面介绍
命令栏
1.6、FLAC3D界面介绍
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一﹑FLAC3D软件简介 二﹑FLAC3D应用实例
三﹑FLAC3D软件应用
四﹑FLAC3D模拟技巧
2.1、老虎台矿开采诱发矿震的力学机理分析

地质条件
F1 F26 F25
FLAC3D的实例应用分析
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一﹑FLAC3D软件简介 二﹑FLAC3D应用实例 三﹑FLAC3D软件应用 四﹑FLAC3D模拟技巧
1﹑FLAC3D软件简介
1. FLAC3D——Fast Lagrangian Analysis of Continua in 3Dimensions
2. FLAC3D建立在拉格朗日算法基础上，采用有限差分显式算 法来获得模型全部运动方程(包括内变量)的时间步长解，从 而可以追踪材料的渐进破坏和垮落，这对研究岩土工程设计 是非常重要的。
5. 采用全动力运动方程，即时对于静力问题也是如此。这使 得FLAC3D能够没有任何障碍地模拟物理不稳定性问题。
6. 采用显示求解方式（与常用的隐式方法比较）。显示方法 在求解非线性问题的（应力－应变关系）时间几乎等同于 线性关系问题，而隐式算法可能花费很长时间，因为它并 不需要储存任何矩阵，因此，不需要修改刚度矩阵，这就 意味着：（a）具有中等内存的计算机能够采用较多的计 算单元模拟；（b）模拟大应变问题比小应变问题几乎不 多花计算时间。
f1
f3 2 f0 h2
y
12 h
8
4
5
11 3
0
1
9
7
2
6
10
x h

f y
0

f2 f4 2h

2 f 2 y
0

f2 f4 2 f0 h2
1.2、FLAC3D的求解过程
速度 Gauss定律
应变率
对所有的网格节点
平衡方程
(动量方程)
E5200
E6000
~1992
破坏场发展趋势
~2000
E5200
1999-2000
E6000
近断层岩体的动力学响应
（井田西部）
F25断层露头
F25断层-200m
Shear Disp., mm
Shear Disp., mm
0.9
0.8
(1992-2000)
0.7
0.6
78001-1
0.5
0.4
0.3
加载低于极限强度的 层状结构体
德鲁克－普拉格模型
限制应用的材料： 具有低摩擦角的软土介质
同隐式有限元程序通用的模型
摩尔－库仑塑性模型
松散和粘结的颗粒材料； 土质、岩石和混凝土
一般岩土力学 （如边坡稳定性和地下开挖）
应变硬化/软化摩尔－库仑模型
应变硬化或软化的非线性 颗粒介质
研究峰后破坏特性 （如渐进蹋落、矿柱屈服、冒落）
1.1、有限差分法
f1

f0
h f x 0

h2 2

2 f x2
0
f3

f0

h
f x
0

h2 2

2 f x2
0
f f1 f3
x 0
2h

2 x
f
2
0

beam
cable
2. 锚索(cable)单元
pile
3. 桩(pile)单元
4. 壳(shell)单元 5. 格栅(geogrid)单元
shell
土工织物；土工格栅
6. 衬砌(liner)单元
geogrid
liner
1.5﹑FLAC3D接触单元
接触单元原理
1. 三角形单元(无厚度!) 2. 三种工作模式

dui dt

ij
x j
gi
对所有单元
应力—应变关系 (2 3
.
G)ekk
.
2G eij }t
节点力 单元积分 新的应力
1.3、FLAC3D本构模型
1. 开挖模型null 2. 3个弹性模型
a. 各向同性弹性 b. 横观各向同性弹性 c. 正交各向同性弹性 3. 8个塑性模型 a. Drucker-Prager模型 b. 双线性应变硬化/软化遍布节理模型 c. Morh-Coulomb模型 d. 应变硬化/软化模型 e. 遍布节理模型 f. 修正剑桥模型和胡克布朗模型
0.2
0.1
0
7.8 8.0 8.2 8.4 8.6 8.8 9.0 9.2 9.4 9.6 Step
3
3. FLAC3D适用模拟计算岩土材料力学行为，特别适合模拟大 变形和扭曲，包括材料的高度非线性(应变硬化/软化)、不可 逆剪切破坏和压密、粘弹(蠕变)、孔隙介质的应力—渗流耦
合、热—力耦合以及动力学问题等。
1﹑FLAC3D软件简介
4. 采用“混合离散法”用以精确模拟塑性坍塌和塑性流动。 这种方法比有限元法中采用的渐进迭代更为有效。
遍布节理模型
显现为强度各向异性的 薄层叠合结构材料
在密集层理地层中的开挖
双线性应变 硬化/软化遍布节理模型
表现为非线性硬化或软化的 层状材料
研究层状材料的峰后破坏特性
修正的Cam粘土模型
变形和剪切强度是体积变量函数 的材料
土体介质中的岩土结构
1.4、FLAC3D结构单元
结构单元类型 1. 梁(beam)单元
F18 F7-1
E5200剖面图
老虎台矿开采历史
老虎台矿自1907年开始开采，至今已有近百年的开采历史。
矿震事件统计
1988年1月至2000年5月，随着老虎台矿开采深度增大和向 断裂构造逼近，矿震频率和震级都呈上升趋势，平均每月 发生矿震52.2次，远远超出了抚顺地区天然地震的数量， 最大震级达到3.6ML。
矿震震级 (ML)
矿震数目 (次)
11.5 5721
1.62.0 1675
2.12.5 298
2.63.0 63
3.13.6 19
合计 7776
矿震震级、频度与时间特征
1100m
F25
z y x
计算模型
F1-A F1
F26
3800m
F16 F18
F7-1 3000m
1999-2000
1.3、FLAC3D本构模型
模型
代表性材料
可能应用范畴
开挖模型
空区
孔、开挖体、嗣后充填体
弹性模型
均质、各向同性、连续介质 制造材料（如钢）；加载低于极限强度；
线性应力应变关系
安全系数计算
正交各向同性弹性模型
具有3个相互正交轴方向上 弹性介质
加载低于强度极限下的 柱状玄武岩
横观各向同性弹性模型
显现为各向异性弹性 薄层叠合结构材料