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专业资料 专业资料 工程地质数值法 班级： 姓名： 学号：指导老师: 某路基工程施工过程数值模拟 本文首先对 FLAC3D 软件进行了介绍，简明阐述了其特点、应用 围及不足，然后结合具体路堤工程，采用 FLAC3D 软件对施工过程进 行了模拟， 生成了初始竖向和水平应力云图、 第一次填筑及填筑结束 时的沉降云图及水平位移云图 ;最后生成了路基中心点和坡脚节点的 沉降曲线。 关键词： FLAC3D: 数值模拟；应力云图；沉降云图；位移云图 1、 FLAC3D 的功能与特性 自R.W.CIough 1965年首次将有限元引入土坝的稳定性分析以 来，数值模拟技术在岩土工程领域获得了巨大的进步， 并成功解决了 多重大工程问题。特别是个人电脑的出现及其计算性能的不断提高， 使得分析人员在室进行岩土工程数值模拟成为可能， 也使得数值模拟 技术逐渐成为岩土工程研究和设计的主流法之一。 数值模拟技术的优 势在于有效延伸和扩展了分析人员的认知围，为分析人员洞悉岩体、 土体部的破坏机理提供了强有力的可视化手段。 FLAC 系列软件的出 现，为岩土工程研究工作者提供了一款功能强大的数值模拟工具。 FLAC3D 主要特点 FLAC(Fast Lagrangian AnaIysis of Continua) 是由 Itasca 公 司研发推出的连续介质力学分析， 是该公司旗下最知名的软件系统之 一，FLAC目前已在全球七十多个得到广泛应用， 在国际土木工程(尤 其是岩土工程)学术界和工业界享有盛誉。 FLAC3D 界面简洁明了，特点鲜明。其使用特征主要表现为：命 令驱动模式、专一性、开放性。作为有限差分软件，相对于其他有限 元软件，在算法上， FLAC3D 有以下几个优点：采用“混合离散法” 来模拟材料的塑性破坏和塑性流动， 比有限元常采用的 “离散集成法” 更准确、合理；即使模拟静态系统，也采用动态运动程进行求解，这 使得 FLAC3D 模拟物理上的不稳定过程不存在数值上的障碍； 采用显 示差分法求解微分程。采用 FLAC3D 进行数值模拟时，必须指定有限 差分网格、本构关系和材料特性、边界和初始条件，这是 FLAC3D 求 解的一般流程。 FLAC3D 的应用围 FLAC3D 的应用围已拓展到土木建筑、交通、水利、地质、核废 料处理、油及环境工程等领域， 成为这些专业领域进行分析和设计不 可或缺的工具。其研究围主要集中在以下几个面： ?岩体、土体的渐进破坏和崩塌现象的研究； ?岩体中断层结构的影响和加固系统 （如喷锚支护、喷射混凝土等） 的模拟研究； ?岩体、土体材料固结过程的模拟研究； ?岩体、土体材料流变现象的研究； ?高放射性废料的地下存储效果的研究分析； ?岩体、土体材料的变形局部化剪切带的演化模拟研究； ?岩体、 土体的动力稳定性分析、 土与结构的相互作用分析以及液 化现象的研究等。 FLAC3D 的不足 毋庸置疑， FLAC3D 是十分优秀的岩土工程数值模拟软件，其实 用性和专业性得到了广泛证实。但 FLAC3D 也存在着诸多不足，主要 集中在以下几个面： ?求解时间受网格尺寸影响很大； ?某些模式下的计算求解时间很长： ?前处理功能较弱。 ?FLAC3D 对于复杂三维模型的建立仍然十分困难。 2、某路基工程施工过程模拟 2.1工程概况 该路基工程地基计算深度为 50m ，分为两层，上部为回填土， 厚 度10m，下部为粘土，厚度40m:路基计算宽度为200m，填筑高度为 5m ，坡度为 1 ：1.5 。各土层物理、力学参数见表 1 。 4fi 图1略塩施工几何摸舉 花】希丄匸物理力字聲數 上山客祢 p/kt * 111 L /kPa ) EZMPa V 回壇土 isoir ]Q 15 K.O 033 粘± 1800 20 20 4.0 2.2模型建立 由于几模型具有对称性，可以采用1/2模型进行分析。首先建立 坐标系，坐标系的原点0设置在地基表面与模型对称轴的交点，水平 向右为X向，竖直向上为Z向，垂直于分析平面的向为丫向。 网格的建立按照分区域建模的思路进行，如图 2所示。由于路基 坡脚的位置存在一个关键点，所以将模型划分成 5个矩形区域，对每 个区域按照控制点利用brick单元建立网格，并进行分组后赋值。考 虑到网格尺寸的一致性，丫向只设置一个单元，该向单元尺寸为5m T+图T模型瓯格建立思路 T+ 图T模型瓯格建立思路 网格建立以后，首先设置边界条件。对底部边界节点的 X、Y、Z 三个向的速度进行约束，相当于固定支座，对 X两侧的边界进行水平 速度约束。由于丫向只设置一个单元长度，所以对模型中所有节点的 丫向速度均进行约束，相当于进行平面应变分析。 2.3初始应力计算 在路基施工前，需要将路基部分网格赋值为空模型， 而将地基部