理論+應(yīng)用 深入剖析巖土工程領(lǐng)域經(jīng)典實(shí)例

深入淺出地講解FLAC3D技術(shù)

多年FLAC3D實(shí)際科研與工程經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)

免費(fèi)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(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)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(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

FLAC3D是由美國(guó)Itasca Consulting Group Inc.公司開發(fā)的三維顯式有限差分程序。作為一個(gè)專業(yè)分析軟件，F(xiàn)LAC3D能夠進(jìn)行巖土、結(jié)構(gòu)、溫度、流體等多學(xué)科的研究，目前已廣泛應(yīng)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(xué)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(yīng)用，并可以對(duì)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(dòng)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(chǎng)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(qiáng)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(tái)，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(jiǎn)介。主要介紹相關(guān)概念以及FLAC3D的理論背景和軟件特點(diǎn)。

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

第3章 FLAC3D中的參數(shù)化設(shè)計(jì)語言——FISH。主要介紹FISH語言的基礎(chǔ)知識(shí)，如代碼的編寫規(guī)范、數(shù)據(jù)類型、表達(dá)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(diǎn)介紹自定義本構(gòu)模型的實(shí)現(xiàn)方法、自定義本構(gòu)模型的調(diào)試與驗(yàn)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(jiǎn)單模型、第三方軟件與FLAC3D的模型接入方法以及復(fù)雜模型的建立方法等。

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

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

第8章 FLAC3D在邊坡工程中的應(yīng)用。主要介紹利用FLAC3D進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)的方法，包括強(qiáng)度折減法的原理和實(shí)現(xiàn)思路、邊坡滑動(dòng)面的確定以及單因素分析過程以及Hoek-Brown準(zhǔn)則在邊坡穩(wěn)定分析中的應(yīng)用。

第9章 FLAC3D在樁基工程中的應(yīng)用。系統(tǒng)介紹利用FLAC3D進(jìn)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(yàn)的模擬方法、單樁水平荷載試驗(yàn)的模擬方法、群樁抗拔試驗(yàn)?zāi)�擬以及樁基負(fù)摩阻力的模擬分析方法。

第10章 FLAC3D在隧道工程中的應(yīng)用。結(jié)合工程實(shí)例，重點(diǎn)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(jī)理及影響因素分析、偏壓隧道圍巖的滲流場(chǎng)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(yīng)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(yīng)用特色，結(jié)合工程實(shí)例，介紹了上保護(hù)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(yàn)參數(shù)值。

適用對(duì)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(jí)本科生、碩士生、博士生與教師學(xué)習(xí)FLAC3D軟件及其具體應(yīng)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(xué)習(xí)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(qiáng)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(guó)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(xué)陳育民博士對(duì)本書的內(nèi)容安排提出了寶貴意見，在此致以誠(chéng)摯的謝意。

特別感謝中國(guó)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(qiáng)、吳志俊、余松、郭敏、董茜、陳鯤、王曉。還要感謝中國(guó)水利水電出版社老師的辛苦努力，正是因?yàn)樗麄冃量嗟母冻觯�才使本書能在第一時(shí)間和讀者見面。

限于時(shí)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(píng)指正。若讀者在學(xué)習(xí)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(fù)責(zé)地對(duì)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(jiǎn)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(xué)模型 3
1.2.1 空間導(dǎo)數(shù)的有限差分近似 3
1.2.2 節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方程 4
1.2.3 增量形式的本構(gòu)方程 6
1.2.4 時(shí)間導(dǎo)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(jì)算軟件對(duì)比 8
1.3.1 FLAC3D軟件 8
1.3.2 3DEC特性簡(jiǎn)介 10
1.3.3 FLAC法和有限元法的優(yōu)缺點(diǎn) 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(xué)習(xí) 16
2.1 安裝啟動(dòng)程序 16
2.1.1 組件 16
2.1.2 應(yīng)用程序和圖形處理設(shè)備 16
2.1.3 啟動(dòng)軟件 17
2.1.4 程序的初始化 18
2.1.5 運(yùn)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(duì)象的命名 28
2.3 用FLAC3D問題分析過程 29
2.3.1 簡(jiǎn)單網(wǎng)格的生成 30
2.3.2 定義材料模型 33
2.3.3 設(shè)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(fù)某個(gè)狀態(tài) 42
2.3.6 常用命令總結(jié) 45
2.3.7 符號(hào)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(shè)計(jì)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(yùn)算符 55
3.4.1 算術(shù)運(yùn)算符 55
3.4.2 字符串運(yùn)算符 56
3.4.3 關(guān)系運(yùn)算符 57
3.5 表達(dá)式 57
3.5.1 表達(dá)式的組成 57
3.5.2 表達(dá)式的書寫規(guī)則 57
3.5.3 復(fù)合表達(dá)式的運(yùn)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(yīng)用實(shí)例 73
3.9.1 前處理程序 73
3.9.2 計(jì)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(yīng)力作用下裂隙巖體
損傷柔度張量 85
4.2.3 拉應(yīng)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(jì)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(jiǎn)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(jiǎn)單網(wǎng)格模型的建立 116
5.2 其他網(wǎng)格模型的導(dǎo)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(dǎo)入 119
5.2.3 ABAQUS網(wǎng)格模型的導(dǎo)入 131
5.3 復(fù)雜模型的建立 131
5.3.1 實(shí)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(xué)問題FLAC3D模擬 146
6.1 鋸齒結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)?zāi)�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(jì)算模型 163
6.2.2 層狀巖體破壞機(jī)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(yīng)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(yīng)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(hù)結(jié)構(gòu)模似 188
7.1.6 模擬步驟及收斂判斷 193
7.2 應(yīng)用實(shí)例一：內(nèi)支撐支護(hù)基坑
數(shù)值模擬 194
7.2.1 計(jì)算模型及參數(shù) 194
7.2.2 支護(hù)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(jì)算結(jié)果及分析 197
7.2.5 計(jì)算命令 202
7.3 應(yīng)用實(shí)例二：土釘支護(hù)基坑數(shù)值模擬 206
7.3.1 工程概況 206
7.3.2 計(jì)算模型及參數(shù) 206
7.3.3 施工工況模擬步驟 208
7.3.4 計(jì)算結(jié)果及分析 209
7.3.5 計(jì)算命令 215
7.4 本章小結(jié) 218
第8章 FLAC3D在邊坡工程中的應(yīng)用 219
8.1 邊坡穩(wěn)定性的強(qiáng)度折減法分析 219
8.1.1 強(qiáng)度折減法的基本原理 219
8.1.2 計(jì)算模型介紹 220
8.1.3 邊坡失穩(wěn)判據(jù) 221
8.2 邊坡滑動(dòng)面確定方法及
穩(wěn)定性影響因素研究 229
8.2.1 滑動(dòng)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(qiáng)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(zhǔn)則在層狀邊坡
穩(wěn)定性分析中的應(yīng)用 248
8.3.1 地質(zhì)概況 248
8.3.2 失穩(wěn)機(jī)制 248
8.3.3 數(shù)值計(jì)算方法 249
8.3.4 分析與討論 252
8.4 Hoek-Brown準(zhǔn)則在三維邊坡
穩(wěn)定性分析中的應(yīng)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(cè)點(diǎn)布置 261
8.4.4 計(jì)算分析 266
8.5 本章小結(jié) 269
第9章 FLAC3D在樁基工程中的應(yīng)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(yàn)?zāi)�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(yàn)?zāi)�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(yàn)?zāi)�擬 303
9.4.1 問題描述 303
9.4.2 水平荷載試驗(yàn)?zāi)�擬 305
9.4.3 數(shù)據(jù)后處理 310
9.5 群樁抗拔試驗(yàn)?zāi)�擬及其應(yīng)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(shí)例驗(yàn)證 320
9.6 樁基負(fù)摩阻力模擬及其應(yīng)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(yàn)結(jié)果
的對(duì)比分析 328
9.6.4 影響因素分析 335
9.6.5 工程實(shí)例驗(yàn)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(yīng)用 346
10.1 隧道簡(jiǎn)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(jì) 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(jì)算原理簡(jiǎn)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(chǎng)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(yīng)用 386
11.1 我國(guó)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(hù)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(yàn)值 428
參考文獻(xiàn) 432

1. 信息技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)訓(xùn)與習(xí)題指導(dǎo)（Windows7+Office2016） [主編 周金容 唐天國(guó)]
2. 計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)教程（Windows 10+Office 2019） [主編 聶長(zhǎng)浪 賀秋芳 李久仲]
3. 計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)（Windows 7+Office 2016） [主編 王洪平 楊華]
4. 基于ANSYS的復(fù)合材料有限元分析和應(yīng)用（第二版） [李占營(yíng) 張承承 李成良 編著]
5. 大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教程（Windows 10+Office 2016） [主編 饒拱維 郭其標(biāo) 房宜汕]
6. Altium Designer 20 電路設(shè)計(jì)案例教程 [主編 王靜 謝蓉]
7. 計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)（Windows 10+Office 2016） [主編 陽曉霞 譚衛(wèi)]
8. Python程序設(shè)計(jì)與應(yīng)用 [主編 張廣淵]
9. Office 2010辦公自動(dòng)化高級(jí)應(yīng)用實(shí)例教程（第二版） [主編 謝海燕 吳紅梅 陳永梅]
10. Office高級(jí)應(yīng)用項(xiàng)目式教程 [主編 李觀金 林龍健 王靜]
11. 計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)（Windows 7+Office 2010）（第二版） [主 編 李建軍]
12. 計(jì)算機(jī)應(yīng)用技能教程——全國(guó)計(jì)算機(jī)等級(jí)考試一級(jí)MS Office 2010 [主編 石鐵峰 王祖?zhèn)? 宋家慧]
13. 計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)教程（第三版）（Windows 7+Office 2010） [主編 聶長(zhǎng)浪 賀秋芳 李久仲]
14. Office 2016辦公自動(dòng)化案例教程 [主編 林灃 鐘明]
15. 辦公軟件高級(jí)應(yīng)用 [主 編 闕清賢 黃詮]
16. 計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)教程（Windows 7+Office 2010） [主 編 潘 迪 代子靜]
17. MSC Nastran動(dòng)力分析指南（第二版） [李保國(guó) 黃曉銘 裴延軍 李偉 ]
18. 計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)情景化教程（Windows 7+Office 2010）（第二版） [主編 王宏斌 張尼奇 王鋒]
19. 計(jì)算機(jī)一級(jí)MS Office全真模擬手冊(cè)（第二版） [主編 張建軍 李瑛 王鋒]
20. 計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)（Windows 7+Office 2010） [主編 張曉琪 唐天國(guó)]
21. 計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)實(shí)訓(xùn)與習(xí)題指導(dǎo)（Windows 7+Office 2010） [主編 唐天國(guó) 曾慶勇]
22. Altium Designer 17電路設(shè)計(jì)案例教程 [主編 王靜]
23. ANSYS AQWA軟件入門與提高 [主編 高巍]
24. MSC Adams 多體動(dòng)力學(xué)仿真基礎(chǔ)與實(shí)例解析（第二版） [湯滌軍 張躍 編著]
25. ANSYS APDL參數(shù)化有限元分析技術(shù)及其應(yīng)用實(shí)例（第二版） [李占營(yíng) 闞川 等編著]
26. 計(jì)算機(jī)導(dǎo)論（基于Windows 7+Office 2010）（第二版） [主編 柳青]
27. 全國(guó)計(jì)算機(jī)等級(jí)考試一級(jí)MS Office教程及實(shí)訓(xùn)指導(dǎo) [主編 張心越 劉玉芳 邢怡]
28. ANSYS Icepak進(jìn)階應(yīng)用導(dǎo)航案例 [王永康　張義芳　編著]
29. Web服務(wù)器群集 [主編　肖睿　翟慧　郭峰]
30. Office 2010辦公自動(dòng)化案例教程 [主編 林灃]