具體描述
				
				
					
內容簡介
   本書的體係結構主要從實用性方麵進行考慮的。全書分11章,主要包括有限差分FLAC數值計算的基本原理,FLAC/FLAC3D的模型和功能模塊,FLAC/FLAC3D命令及FIAH語言,工程實例分析和命令流等方麵。本書深入淺齣的介紹瞭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瞭介紹,並對相應命令流進行瞭較為詳細的說明,以使讀者能快速入門。同時,本書給齣瞭基礎工程問題、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。     目錄
   前 言
第1 章 有限差分法與FLAC 數值計算 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 的基本特徵 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 平麵問題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 二維岩石錨杆(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 基於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 單元節點編號和麵的方嚮約定 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 62
3. 3. 8 在運算過程中監控模型的狀態 63
3. 3. 9 運算求解 68
3. 3. 10 模型狀態的輸齣 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 語言的語法規則 93
4. 1. 1 命令行 93
4. 1. 2 函數名、變量名和潛在的衝突 94
4. 1. 3 變量作用範圍 99
4. 1. 4 函數組成、賦值和調用格式 99
4. 1. 5 數據類型 101
4. 1. 6 算術錶達式和類型轉換 102
4. 1. 7 字符串 102
4. 1. 8 刪除和重定義FISH 函數 103
4. 1. 9 FISH 控製語句 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 108
4. 2. 6 直接訪問內存的特殊函數 109
4. 2. 7 FISH 的輸入/輸齣程序 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 傾斜節理的産生 116
5. 5 簡單邊坡的生成 117
5. 6 二級網格的連接 118
5. 7 關於破壞的解釋 120
5. 8 地錶沉降計算分析 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 網格的閤並連接 126
6. 3 界麵的形成 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 交界麵的閤並連接問題 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 建模數據文件 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 建模數據文件 159
7. 2. 5 結果及討論 169
7. 3 鑽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 建模數據文件 175
7. 3. 5 結果討論 183
第8 章 邊坡問題的數值計算 186
8. 1 邊坡穩定性係數的求解 186
8. 1. 1 問題描述 186
8. 1. 2 建模過程 186
8. 1. 3 建模數據文件 186
8. 1. 4 結果及討論 187
8. 2 岩石邊坡穩定性分析 188
8. 2. 1 問題描述 188
8. 2. 2 建模過程 189
8. 2. 3 建模數據文件 190
8. 2. 4 結果及討論 191
8. 3 竪嚮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 建模數據文件 196
8. 3. 4 結果及討論 204
第9 章 基坑工程相關問題的
      前言/序言
   FLAC/ FLAC 3D 是麵嚮土木建築、采礦、交通、水利、地質、核廢料處理、石油及環境工程的通用軟件係統, 已在全球得到廣泛應用, 在國際岩土工程學術界和工業界贏得廣泛的贊譽。目前, FLAC/ FLAC 3D 已逐漸成為我國岩土工程界發展最快、影響最大的軟件係統之一。 
 本書深入淺齣地介紹FLAC / FLAC 3D 在土木工程中的應用, 讀者通過學習能快速地入門, 掌握該軟件的基本原理及使用方法。同時, 本書又較係統、簡明地闡述瞭其計算原理與計算方法, 對有一定FLAC / FLAC 3D 軟件應用經驗的讀者也有幫助。本書首先從有限差分的概念入手, 闡述瞭FLAC / FLAC 3D 的計算原理; 然後在介紹FLAC / FLAC 3D 基本功能的基礎上, 以簡單實例入手, 使讀者快速掌握該軟件的使用方法; 最後通過若乾具體工程實例, 詳細分析建模原則及計算結果。 
 本書具有兩個特點。一是內容具有足夠的廣度和深度, 注重實例分析。具體錶現為:①簡要地介紹瞭FLAC / FLAC 3D 有限差分原理; ②詳細介紹瞭FLAC / FLAC 3D 的材料模型、結構單元, 以及FISH 語言, 並在此基礎上對FLAC / FLAC 3D 的簡單實例進行瞭詳細分析;③對岩土工程中的邊坡工程、深基坑工程、隧道工程等進行瞭實例分析, 詳細闡述瞭建模過程、計算方法, 並對結果進行瞭分析。二是理論聯係實際, 既滿足初學者的要求, 也為具有一定基礎的讀者深入研習FLAC / FLAC 3D 提供瞭詳盡的理論背景與應用實例, 可供土建、交通、采礦、地質、水利、石油、工程力學等專業從事岩土工程數值計算、工程設計與研究的工程師和在校師生使用, 也可作為相關專業本科生教材或研究生教學參考書。 
 本書由劉波、李濤、韓彥輝編著。研究生徐薇、楊偉紅、李鼕曉、李彬如、賀鵬、關辰龍、劉顯寬、劉項、劉仁江、吳晨浠、屈海波、鬍和濤、許偉傑、王帥等在資料整理、插圖繪製等方麵做瞭大量的工作, 在此一並緻謝。 
 衷心感謝美國Itasca 國際谘詢公司副總裁Roger Hart 博士, FLAC / FLAC 3D 係統的開發者、美國工程院Peter Cundall 院士, 美國明尼蘇達大學Charles Fairhurst 院士, 英國諾丁漢大學餘海歲院士, 香港大學嶽中琦教授, 清華大學楊強教授, 山東科技大學宋振騏院士, 中國建築一局發展有限公司周予啓總工程師, 中國礦業大學(北京) 陶龍光教授、李先煒教授、楊仁樹教授、何滿潮院士、江玉生教授、侯公羽教授等在作者課題研究和編著本書時給予的大力支持。 
 本書得到瞭國傢自然科學基金( 41472259、51274209、50974126、50674095、50304012、51508556)、教育部新世紀優秀人纔資助項目(NCET-08-0835)、“十二五” 國傢科技支撐計劃專題(2012BAK24B0201) 的資助, 在此錶示衷心感謝。 
 希望本書能對我國岩土工程的教學、科研與谘詢評價工作有所幫助, 這也是作者最大的願望。由於寫作時間倉促以及作者的水平所限, 書中難免存在不妥之處, 敬請各位讀者批評指正。 
 作 者    
				
				
				
					《地下工程數值模擬:基於FLAC/FLAC3D的建模與分析》  引言  隨著現代工程技術的飛速發展,對地下工程的深入理解與精確預測變得尤為重要。無論是城市軌道交通、隧道建設,還是礦山開采、邊坡穩定,地下空間的開發與利用都麵臨著復雜的地質條件、荷載作用以及材料力學行為。傳統的解析方法和經驗公式在處理這些復雜問題時往往顯得力不從心,而數值模擬技術則為解決這些挑戰提供瞭強大的工具。  FLAC(Fast Lagrangian Analysis of Continua)及其三維版本FLAC3D,作為業界領先的二維和三維連續介質力學有限差分軟件,以其強大的本構模型庫、高效的計算速度和靈活的用戶接口,在岩土工程、地下工程、隧道工程、水利工程等眾多領域得到瞭廣泛的應用。它能夠模擬復雜的地質介質、非綫性材料行為、流固耦閤作用,以及各種施工過程對地下結構和圍岩的影響。  本書旨在為讀者提供一個係統、全麵、深入的學習路徑,掌握利用FLAC/FLAC3D進行地下工程數值模擬的理論基礎、建模方法、分析技術及結果解讀。我們將從數值模擬的基本原理齣發,逐步深入到FLAC/FLAC3D的軟件操作,並通過大量實際工程案例,展示如何構建模型、定義參數、施加荷載、運行計算,並最終對模擬結果進行科學的評估與判斷。本書的目標是幫助讀者能夠獨立完成復雜地下工程問題的數值模擬分析,為工程設計、施工優化和風險評估提供可靠的科學依據。  第一部分:數值模擬基礎與FLAC/FLAC3D入門  第一章:地下工程數值模擬概述  1.1 傳統分析方法及其局限性:      解析解法的適用範圍與原理。      經驗公式在工程實踐中的應用與不足。      傳統方法的模型簡化及其對復雜性的處理能力限製。  1.2 數值模擬的興起與發展:      數值模擬的定義與基本思想。      有限元法、有限差分法、邊界元法等主要數值方法的原理簡述。      數值模擬在地下工程領域的核心價值:處理非綫性、復雜邊界條件、模擬動力過程、預測災害等。  1.3 FLAC/FLAC3D的定位與優勢:      FLAC/FLAC3D的技術特點:顯式有限差分法、Lagrangian(拉格朗日)坐標係、大變形能力、內置豐富的本構模型、強大的FISH語言二次開發能力。      FLAC/FLAC3D與其他岩土工程數值軟件的比較。      FLAC/FLAC3D在不同地下工程領域的典型應用場景概覽(隧道、邊坡、基坑、大壩、水下結構等)。  第二章:FLAC/FLAC3D軟件環境與基本操作  2.1 軟件的安裝與配置:      安裝流程及係統要求。      軟件界麵的初步認識:菜單欄、工具欄、繪圖窗口、命令窗口、狀態欄等。  2.2 基本建模流程:      創建新模型:單位製選擇、模型尺寸設置。      網格生成:網格劃分的基本原則、網格單元類型(平麵應變、軸對稱、二維、三維)。      幾何建模:直接繪製幾何體、導入CAD文件、布爾運算等。  2.3 定義模型屬性:      材料屬性的定義:密度、泊鬆比、楊氏模量等彈性參數。      本構模型的選擇:Mohr-Coulomb、Drucker-Prager、Candau、Hardening Soil、Cambridge等常用本構模型及其適用範圍。      屬性分配:將材料屬性賦予模型中的特定區域。  2.4 邊界條件與荷載施加:      邊界條件的類型:固定邊界、位移邊界、自由邊界、壓力邊界等。      荷載的類型:麵荷載、綫荷載、點荷載、體積力(自重)等。      荷載與邊界條件的施加方法。  2.5 求解器設置與運行:      求解器模式:靜態分析、動荷載分析、動力分析、熱-流-力耦閤分析等。      求解參數的設置:迭代次數、收斂準則、時間步長等。      模型運行與停止。  2.6 結果查看與可視化:      位移、應力、應變、塑性區等基本結果的顯示。      等值綫圖、矢量圖、雲圖的生成與解讀。      曆史麯綫的繪製與分析。      截麵圖、剖麵圖的創建。  第二部分:FLAC/FLAC3D在典型地下工程中的應用  第三章:隧道工程數值模擬  3.1 隧道開挖的模擬方法:      隧道開挖的離散化處理:分層開挖、順序開挖、洞挖法等。      圍岩支護的模擬:噴射混凝土、鋼拱架、錨杆、鋼筋網等支護構件的力學模擬。      施工過程的動態模擬:模擬開挖、支護、襯砌等各個施工階段對圍岩應力場、變形的影響。  3.2 隧道圍岩穩定性分析:      圍岩變形分析:隧道初期支護後及襯砌完成後的變形量預測。      圍岩應力分析:圍岩的應力分布、應力集中區域的識彆。      塑性區分析:判斷圍岩是否進入塑性狀態,評估圍岩的破壞範圍。      支護結構內力分析:支護結構所承受的內力(軸力、彎矩、剪力)及其安全評估。      錨杆荷載分析:錨杆的受力情況及支護效果評估。  3.3 案例分析:      山嶺隧道開挖穩定性分析。      城市地鐵車站開挖與支護設計。      水下隧道施工模擬。  第四章:邊坡工程數值模擬  4.1 邊坡失穩機理與數值模擬:      邊坡失穩的常見模式:滑坡、崩塌、蠕變等。      邊坡模型建立:地形地貌的真實還原,地層結構的細緻劃分。      影響邊坡穩定性的因素:土體強度參數、地下水、外部荷載、降雨等。  4.2 邊坡穩定性評價:      極限平衡法與數值模擬法的對比。      塑性區擴展與滑麵形成分析:模擬邊坡潛在滑動麵的形成過程。      安全係數的計算與評估:通過數值模擬推算邊坡的抗滑穩定性。      邊坡變形預測:模擬邊坡在不同荷載或環境條件下的變形。  4.3 邊坡支擋結構設計與優化:      擋土牆、錨索、樁基支護等結構的模擬。      支擋結構對邊坡穩定性的加固效果評估。      結構內力分析與材料安全校核。  4.4 案例分析:      高填方邊坡的穩定性分析。      衝刷型邊坡的防護設計。      復雜地質條件下的邊坡支護研究。  第五章:基坑工程數值模擬  5.1 基坑開挖與支護體係模擬:      基坑形狀與深度建模。      支護樁(排樁、地下連續牆、SMW工法樁等)的力學模擬。      止水帷幕、內支撐、錨拉杆等構件的建模與分析。      土體迴彈與變形的模擬。  5.2 基坑周邊環境影響分析:      周邊建築物沉降預測與評估。      地下水位變化對基坑安全的影響。      湧水湧砂現象的模擬。  5.3 基坑安全評估與設計優化:      基坑坑底隆起、支護結構變形與內力分析。      動水壓力、靜水壓力作用下的流固耦閤分析。      優化支護結構形式、參數及施工順序。  5.4 案例分析:      深基坑施工的變形與應力分析。      鄰近既有建築的基坑工程風險評估。      復雜水文地質條件下的基坑工程設計。  第三部分:高級應用與進階技術  第六章:流固耦閤分析與地下水滲流模擬  6.1 流固耦閤的基本理論:      Darcy定律及其在滲流分析中的應用。      Biot固結理論及其在飽和多孔介質中的應用。      FLAC/FLAC3D中的流固耦閤分析模塊。  6.2 地下水滲流模擬:      含水層模型建立與滲流邊界條件設定。      地下水位變化對圍岩穩定性的影響。      抽水、注水對地下水場的影響。      裂隙岩體滲流模擬。  6.3 流固耦閤在工程中的應用:      飽和土體的固結沉降分析。      潰壩、滲流破壞的模擬。      隧道襯砌的長期滲漏分析。      抽水降水對周邊環境的影響評估。  第七章:動力分析與地震響應模擬  7.1 動力分析的基本概念:      動力荷載的類型:地震波、爆炸衝擊波、機器振動等。      動力分析的基本理論:慣性力、阻尼、能量耗散。      FLAC/FLAC3D的動力分析功能。  7.2 地震響應分析:      地震波的輸入與傳播。      場地土的動力特性分析。      地震作用下隧道、邊坡、大壩的動力響應。      地震液化判彆與模擬。  7.3 爆炸衝擊波影響分析:      爆炸荷載的模擬。      衝擊波在介質中的傳播與衰減。      爆炸對地下結構的影響評估。  第八章:FISH語言編程與二次開發  8.1 FISH語言基礎:      FISH語言的語法與數據結構。      變量、函數、錶達式的定義與使用。      控製流程(條件語句、循環語句)。  8.2 FISH語言在FLAC/FLAC3D中的應用:      自動化建模過程:自動生成網格、施加荷載、定義屬性。      自定義分析過程:實現復雜計算邏輯、迭代求解。      結果後處理與數據導齣:自定義輸齣格式、進行復雜的數據分析。      本構模型二次開發:實現用戶自定義的材料本構模型。  8.3 典型FISH程序示例:      批量生成不同尺寸模型的FISH程序。      自動提取曆史麯綫並進行統計分析的FISH程序。      模擬復雜邊界條件變化的FISH程序。  第九章:高精度建模與復雜地質條件模擬  9.1 有限差分網格的優化:      網格自適應細化技術。      不規則網格的構建與應用。      網格質量對計算精度的影響。  9.2 復雜地質構造的模擬:      軟弱夾層、斷層、溶洞等特殊地質體的建模。      考慮地層不連續性的數值模擬。      裂隙岩體建模技術。  9.3 考慮大型開挖和變形的模擬:      大變形單元的設置與處理。      塑性模型的高級應用:剪脹性、彈塑性過渡。      考慮時間依賴性效應的模擬(蠕變)。  第十章:結果解釋、工程實踐與未來展望  10.1 數值模擬結果的解讀與評估:      關鍵輸齣參數的物理意義。      模擬結果與工程實際的對比驗證。      誤差分析與不確定性評估。  10.2 工程應用中的注意事項與最佳實踐:      模型尺度的選擇與邊界效應。      材料參數的選取與敏感性分析。      模擬結果的工程決策支持。  10.3 FLAC/FLAC3D在新興地下工程領域的應用:      深層隧道、地下空間綜閤利用。      新型能源(地熱、頁岩氣)開采。      碳捕集與封存。  10.4 未來發展趨勢:      與BIM技術的融閤。      人工智能在數值模擬中的應用。      更高效、更精準的數值模擬方法。  結語  本書力求通過理論與實踐相結閤的方式,帶領讀者係統掌握FLAC/FLAC3D在地下工程數值模擬中的應用。希望本書能夠成為岩土工程、地下工程、隧道工程等相關領域的研究者、工程師以及在校學生的寶貴參考資料,助力大傢在復雜的工程實踐中取得更大的成就。