FLAC-結構單元講座

1、ITASCA(武漢武漢)咨詢有限公司咨詢有限公司 報告人報告人: 朱永生朱永生 2007.04.28 依泰斯卡依泰斯卡(武漢武漢) 結構單元及應用結構單元及應用 n概況 nFLAC/FLAC3D中的結構單元 n若干示例 概概 況況 一般應用一般應用: 保持巖土體穩(wěn)定的加固設計與分析. 單元類型單元類型: FLAC FLAC3D 梁單元 梁單元 Beam elements 錨索單元 錨索單元 Cable elements 樁單元 樁單元 Pile elements 錨桿單元 錨桿單元 Rockbolt elements 條形錨單元 殼單元 Shell elements 襯砌單元 土工格柵單元 G

2、eogrid 支撐單元 襯砌單元 Liner elements 幾何幾何: n2節(jié)點線性單元 n3節(jié)點平面有限單元 FLAC/FLAC3D中的結構單元中的結構單元 1.梁單元梁單元. 允許彎曲,并可以通過節(jié)點或接觸面與介質（巖石/土）的 網(wǎng)格連接。接觸面連接允許脫開和滑移. 塑性屈服受軸向荷載控制 ，可指定塑性矩; Beam 2.襯砌單元襯砌單元.* 與梁單元類似, 屈服準則中包括彎曲應力; Liner 3.錨索單元錨索單元. 不抗彎. 錨索節(jié)點在法向方向上依附于網(wǎng)格的變位，順 錨索的切向方向通過剪切和滑動彈簧單元與網(wǎng)格相互作用. 允許軸 向屈服. 錨索節(jié)點也可以剛性地與網(wǎng)格點相連接; Cab

3、le 4.樁單元樁單元. 抗彎. 在法向和切向方向通過具有屈服功能的彈簧與網(wǎng)格 連接; Pile * FLAC 5.0新開發(fā)特征新開發(fā)特征 FLAC中的中的7種加固結構單元種加固結構單元 5.錨桿單元錨桿單元.* 與樁相似 可以考慮圍壓的變化、粘結材料的應變 軟化、以及單元的張裂; Rockbolt 6.條形錨單元條形錨單元.* 與錨桿單元類似, 但不抗彎. 條形錨/土界面服從 非線性的剪切破壞包線，該包線與圍壓相關; Strip 7.Support members. 使用簡單的1維彈簧單元連接(兩個)自由 面(上的點)（例如,可以模擬礦井巷道中的木支架支護). Support * FLAC

4、5.0新開發(fā)特征新開發(fā)特征 FLAC3D中的中的6種加固結構單元種加固結構單元 1. 梁單元梁單元. 抗彎并連接到網(wǎng)格 (剛性連接). 可指定塑性矩; Beam 2. 錨索單元錨索單元. 不抗彎. 法向方向上錨索節(jié)點服從于網(wǎng)格的變位，順 錨索的切向方向通過剪切和滑動彈簧單元與網(wǎng)格相互作用. 允許 軸向屈服. 錨索節(jié)點也可以剛性地與網(wǎng)格點相連接; Cable 3. 樁單元樁單元. 抗彎. 法向和切向方向都通過具有屈服屈服功能的彈簧 與網(wǎng)格連接; Pile 4. 殼單元殼單元. 無破壞極限的各向同性和正交各向同性彈性材料，可以考慮 塑性絞鏈; Shell 5. 土工格珊單元土工格珊單元. 與殼單元

5、類似但不抗彎. 土工格珊與FLAC3D網(wǎng)格之間 可以產(chǎn)生切向方向的摩擦行為; Geogrid 6. 襯砌單元襯砌單元. 與殼單元類似但抗彎，考慮襯砌與FLAC3D網(wǎng)格之間的切 向摩擦。 同時，法向方向可承受壓力和拉力，襯砌與網(wǎng)格之間可以自由 分開(和重新接觸)。Liner 加固結構單元描述方法加固結構單元描述方法 每一類型的單元都由以下兩個方面共同表征： n加固單元的力學行為； n介質/加固單元之間的相互作用。 在FLAC和FLAC3D中，加固結構單元的基本思想通過 拉格朗日顯式差分求解實現(xiàn), 即利用動態(tài)松弛方法求 解靜態(tài)問題. FLAC 恒切向力T; 線性矩 M； l線性軸向位移, 三維偏轉

6、； l軸向峰值和殘余強度 (僅FLAC)； l可相互連接也可以與網(wǎng)格連接； l允許節(jié)點的塑性鉸鏈行為。 適用范圍適用范圍: 敞開式開挖中，支護（如排樁 、支撐等方式）的抗彎作用很 重要的的情形. FLAC中的襯砌單元中的襯砌單元 襯砌單元的力學行為襯砌單元的力學行為: l與梁單元類似 l屈服準則中考慮了彎曲應力 應用范圍應用范圍: 抗彎、有限彎矩、和屈服強度起重 要作用的情形，如隧道中的混凝土 襯砌和噴層 。 襯砌單元的典型矩桿圖解 結構單元的力學行為結構單元的力學行為: l每個節(jié)點一個自由度(軸向平移). l無彎曲阻力，可以張破壞也可以壓 破壞. 介質介質/結構單元相互作用結構單元相互作用

7、l可以是端頭錨或全長粘結錨，錨索 單元因抵抗錨索與網(wǎng)格之間的相對 變形而沿著長度方向受力。 l如需要，可以模擬預張拉. 適用范圍適用范圍: 張拉力突出的情形，如錨桿、 錨索、和檔梁. FLAC & FLAC3D中的錨索單元中的錨索單元 錨索粘結材料的力學行為錨索粘結材料的力學行為 概化模型概化模型 本構模型本構模型 樁樁 l等同與梁單元+介質/錨索相互作用的聯(lián) 合體 (可以有塑性矩，但沒有軸向屈服). l可以考慮由樁/介質在法向方向的相互 運動而產(chǎn)生的摩擦力，可以用來模擬土 體流過排樁時的3維效應. l可相互連接也可以與介質連接在一起 適用范圍適用范圍: l基礎樁 l加固樁（起增強穩(wěn)定性作用）

8、 FLAC & FLAC3D中的樁單元中的樁單元 側向承載樁側向承載樁 摩擦樁摩擦樁端承樁端承樁 FLAC3D中的殼單元中的殼單元 FLAC3D中的襯砌單元中的襯砌單元 FLAC3D中的襯砌單元中的襯砌單元 FLAC3D中的土工格柵單元中的土工格柵單元 若干示例若干示例 Beam Element: 運行 Cable Element: 1. 兩邊x向約束， 建立初始平衡狀 態(tài)； 2. 釋放掉左邊x向 約束，模擬開挖。 運行 Pile Element: 施加速度條件 Friction Pile Friction and End- Bearing Pile 運行 節(jié)點節(jié)點-單元耦合方式單元耦合方式

9、Shell Element: 支護滯后一步 運行 Geogrid Element: 1. 兩邊x向約束， 建立初始平衡狀 態(tài)； 2. 釋放掉左邊x向 約束，模擬開挖。 運行 Beam-Interface: 運行 -3.611E+00 x 8.611E+00 -4.810E+00 y 7.412E+00 User-defined Groups Grid plot 0 2E 0 Marked Gridpoints interface id#s 21 -3.000 -1.000 1.000 3.000 5.000 7.000 -2.000 0.000 2.000 4.000 6.000 8.000

10、JOB TITLE : . Itasca Consulting China Ltd. 2# Luoshi Road N#, Suite A101 Wuh -3.611E+00 x 8.611E+00 -4.810E+00 y 7.412E+00 Boundary plot 0 2E 0 Grid plot 0 2E 0 Displacement vectors max vector = 2.713E+00 0 5E 0 -3.000 -1.000 1.000 3.000 5.000 7.000 -2.000 0.000 2.000 4.000 6.000 8.000 JOB TITLE : .

11、 Itasca Consulting China Ltd. 2# Luoshi Road N#, Suite A101 Wuh -3.611E+00 x 8.611E+00 -4.810E+00 y 7.412E+00 Boundary plot 0 2E 0 Grid plot 0 2E 0 shear stress on Interface # 1 Max Value = 5.548E+04 shear stress on Interface # 2 Max Value = 2.242E+04 -3.000 -1.000 1.000 3.000 5.000 7.000 -2.000 0.000 2.000 4.000 6.000 8.000 JOB TITLE : . Itasca Consulting China Ltd. 2# Luoshi Road N#, Suite A101 Wuh -3.611E+00 x 8.611E+00 -4.810E+00 y 7.412E+00 Beam Plot Axial Force on Structure Max. Value # 1 (Beam ) -1.725E+06 # 2 (Bea