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第一章FLAC2D简介1.1、FLAC简介FLAC是一个用于工程力学计算的二维显示有限差分程序。
最早由岩土和采矿工程师开发，不过目前应用范围广泛。
适用于模拟土体、岩石或其他弹塑性材料。
材料可以由单元以及由网格区域代替，网格区域可形成任意形状以适应模型的要求。
单元的力学行为由预先设定的线性或非线性应力/应变关系确定。
FLAC采用的显式拉格朗日差分法和混合离散技术使得材料的塑性变形甚至流动破坏的模拟变得容易且精确。
由于计算过程中不产生刚度矩阵，二维计算规模可变得庞大且对内存要求不高。
1.2、FLAC-2D主要特点界面单元能模拟特定面上的滑动和分离；(结构面、断层)平面应变、平面应力和轴对称问题；能处理流固耦合问题；结构单元可模拟多种结构形式(隧道衬砌、锚杆、桩基等)；动力问题；(地震、冲击、运动的荷载)粘弹塑性问题；温度场问题；(隧道工程冻结法)多孔介质力学问题；可基于C++编制用户自己开发的本构模型；内嵌FISH语言；操作可基于菜单式或命令行式第二章工程概况2.1、隧道工程概况该设计断面位于湘潭段洞口处，里程为ZK144+965，设计高程为113.31m，m，初期衬砌为25cm，二次衬砌为45cm。
该地段是地质较差，该断面面积207.52围岩等级为Ⅴ级，断面设计依据《公路隧道设计规范》及AUTOCAD2004上作图得出，相关点的坐标，见后面程序流。
2.2、FLAC2D数值计算目的利用FLAC2D软件建立模型来模拟邓家湾隧道左线洞口附近Ⅴ级围岩段以下工况：(1)自重应力平衡；(2)全断面开挖隧道，应力释放30%；(3)施做初期支护，应力释放30%；(4)施做二次衬砌，应力释放剩余的40%。
根据数值计算结果分析隧道初始平衡状态、断面开挖隧道、施做初期支护和施做二次衬砌条件下围岩和支护结构的变形、受力等情况，从而判断隧道设计是否合理，并未修改设计和施工提供指导。
第三章模型建立、计算参数和施工工序的确定3.1、模型建立建立一个模型并利用FLAC求解，需至少做以下三方面的工作：(1)有限差分网格；(2)本构模型和材料性质；(3)边界和初始条件；网格是用来定义问题的形状；本构模型和相关的材料性质是显示模型对扰动所作出的力学响应；便捷和初始条件就是定义初始状态。
《FLACFLAC3D基础与工程实例》阅读札记目录一、FLACFLAC3D软件概述 (2)1. 软件背景与简介 (3)1.1 FLACFLAC3D的发展历程 (4)1.2 软件的应用领域及特点 (5)2. 软件安装与运行环境 (6)2.1 系统要求 (7)2.2 安装步骤 (8)2.3 运行环境配置 (10)二、FLACFLAC3D基础知识 (11)1. 基本概念与术语 (13)1.1 有限元分析原理 (14)1.2 离散元法简介 (14)1.3 FLACFLAC3D中的相关术语解释 (15)2. 软件操作界面及功能模块 (17)2.1 操作界面介绍 (18)2.2 主要功能模块说明 (20)2.3 菜单功能详解 (20)三、工程实例分析 (22)1. 地质工程实例 (23)1.1 工程背景及问题定义 (25)1.2 模型建立与参数设置 (26)1.3 结果分析与讨论 (27)2. 土木工程实例 (29)2.1 工程概况与建模目的 (30)2.2 建模过程及计算步骤 (31)2.3 结果展示与工程应用 (32)四、FLACFLAC3D应用技巧与注意事项 (33)1. 建模技巧与优化方法 (34)1.1 建模策略及优化思路 (35)1.2 网格划分与模型简化技巧 (36)1.3 参数设置与模型验证方法 (38)2. 数据分析与处理方法 (40)2.1 数据采集与整理方法 (41)2.2 结果分析与图表展示技巧 (42)一、FLACFLAC3D软件概述3D是一种广泛使用的岩土力学与有限元分析软件。
它是一套专门用来分析连续介质中的物理力学现象的强大工具，主要应用于土木、矿山、隧道等领域，能针对各种复杂的工程问题进行数值建模和模拟分析。
3D以其高效、灵活的数值分析能力，为工程师提供了强大的技术支持。
其主要特点包括：多功能：3D能够模拟多种物理过程，包括应力分析、稳定性分析、流体流动分析等，适用于多种工程场景。
FLAC 3D基础知识介绍一、概述FLAC（Fast Lagrangian Analysis of Continua）由美国Itasca公司开发的。
目前，FLAC有二维和三维计算程序两个版本，二维计算程序V3.0以前的为DOS版本，V2.5版本仅仅能够使用计算机的基本内存64K），所以，程序求解的最大结点数仅限于2000个以内。
1995年，FLAC2D已升级为V3.3的版本，其程序能够使用护展内存。
因此，大大发护展了计算规模。
FLAC3D是一个三维有限差分程序，目前已发展到V3.0版本。
FLAC3D的输入和一般的数值分析程序不同，它可以用交互的方式，从键盘输入各种命令，也可以写成命令（集）文件，类似于批处理，由文件来驱动。
因此，采用FLAC程序进行计算，必须了解各种命令关键词的功能，然后，按照计算顺序，将命令按先后，依次排列，形成可以完成一定计算任务的命令文件。
FLAC3D是二维的有限差分程序FLAC2D的护展，能够进行土质、岩石和其它材料的三维结构受力特性模拟和塑性流动分析。
调整三维网格中的多面体单元来拟合实际的结构。
单元材料可采用线性或非线性本构模型，在外力作用下，当材料发生屈服流动后，网格能够相应发生变形和移动（大变形模式）。
FLAC3D采用的显式拉格朗日算法和混合-离散分区技术，能够非常准确的模拟材料的塑性破坏和流动。
由于无须形成刚度矩阵，因此，基于较小内存空间就能够求解大范围的三维问题。
三维快速拉格朗日法是一种基于三维显式有限差分法的数值分析方法，它可以模拟岩土或其他材料的三维力学行为。
三维快速拉格朗日分析将计算区域划分为若干四面体单元，每个单元在给定的边界条件下遵循指定的线性或非线性本构关系，如果单元应力使得材料屈服或产生塑性流动，则单元网格可以随着材料的变形而变形，这就是所谓的拉格朗日算法，这种算法非常适合于模拟大变形问题。
三维快速拉格朗日分析采用了显式有限差分格式来求解场的控制微分方程，并应用了混合单元离散模型，可以准确地模拟材料的屈服、塑性流动、软化直至大变形，尤其在材料的弹塑性分析、大变形分析以及模拟施工过程等领域有其独到的优点。
FLAC 讲义一、什么是FLAC1.1 FLAC之字义F(Fast)L(Lagrangian)A(Analysis of)C(Continua). Lagrangian相对于Eulerian为每一时阶(timestep)之位移在Lagrangian之公式中，需对网格之座标予以更新，而Eulerian之公式则不予更新。
1. 2 FLAC之运算流程1.3 FLAC 基本单元1.4 分析模式大小与RAM之关系1.5 单位1.6 正负号方向(1)应力－正号代表张力，负号代表压力(2)剪应力－详见下图，图中所示剪应力为正号(3)应变－正的应变表示伸长，负的应变代表压缩(4)剪应变－剪应变的正负号与剪应力相同(5)孔隙压力－孔隙压力永远为正(6)重力－正号的重力物质往下拉，负号的重力将物质往上提。
二、FLAC内建之组合律FLAC内建之组合律有：1．空洞模式(null model)使用于土壤被移除或开挖2．弹性模式3．塑性模式，包括a. Drucker －Prager modelb. Mohr－Coulomb modelc. ubiquitous－joint modeld. strain－hardening/softening modele. bilinear strain－hardening/softening modelf. double－yield modelg modified cam－clay model此外，另有选购(option)模式，包括：1. 动力模式(Dynamic Option)2. 热力模式(Thermal Option)3. 潜变模式 (Creep Option)使用者另可使用FISH语言去建构独特的组合律以符合所需。
三、FLAC－以命令为输入语法请查阅相关手册四、FLAC程式之使用步骤4.1 FLAC程式使用前准备步骤步骤1：依比例画出所欲分析之资料于纸上画出地点之位置、地层资料、并简标示距离及深度资料。
FLAC3D入门基本知识FLAC3D一点知识点，仅以参考4、id,cid的区别id是指在整个结构中的编号，而cid是指在某一类比如说cable中的编号。
拿cable 中的一个单元来说，它既有自己在整个结构中的cd,又有自己在cable中的cid如果我设置了两个pilesel pile id=1 begin=(10.0, 1.0, 0.0) end=(10.0, 1.0, -10.0) nseg=5sel pile id=2 begin=(10.0, 3.0, 0.0) end=(10.0, 3.0, -10.0) nseg=5那么,id=1是不是代表第一根桩?第一根桩分五段,cid=1~5,那么第二根桩是cid=6~10！5、什么情况下使用set large？初始应力平衡的时候，不能用large模式。
在进行初始应力平衡时一定不要用！在进行大变形计算时，最好要用！！一般硬岩可以使用FLAC默认的小应变,如果是土体和软岩,用大应变 . 在做开挖的时候在进行原始应力平衡计算的时候是用小应变，后面的开挖以及支护的时候选用大应变.6、得到初始应力的方法：方法、可以先给一些材料参数很大的值，进行初始求解，在计算之前再将材料参数设为正常值，即可。
如在手册中给的第一个示例中就是这样做的。
下面是例子，These are only initial values that are used during the development of gravitational stresses within the body. In effect, we are forcing the body to behave elastically during the development of the initial in-situ stress state.* This prevents any plastic yield during the initial loading phase of the analysis. Gen zone brick size 6 8 8Mode mohrProp bulk 1e8 shear 0.3e8 fric 35Prop cohesion 1e10 tens 1e10 ;注意在此这个值给的很大。
1.sxx是指x方向的正应力,而szz是指z方向的正应力2.gp_head 结点指针循环，zone_head单元指针循环3.grad 线性梯度应力的关系4.apply施加边界条件，initial 施加初始条件。
5.dim就是dimension，尺寸。
一般指内部尺寸，比如radcyl内部的隧道的尺寸。
6.norm是表示法向量, dist是interface的厚度,norm是表示法向量与X、Y、Z交角的余旋7.检测某点的最大主应力和最小主应力:hist zone smax(smin) id …8.apply sxx 1.0 hist x_stress就是把x_stress的历史记录当成一个力施加给xstress，hist x_stress 前面的１表示１倍9.各点变形量用文件形式输出set log onset logfile gp-disp.txtset log off10.显示塑性区plo bl sta she-n 当前处于剪切破坏plo bl sta she-p 当前处于弹性,以前处于剪切破坏plo bl sta ten-n 当前处于抗拉破坏plo bl sta ten-p 当前处于弹性,以前处于抗拉破坏这跟flac3d的运算原理有关，它实际上是一个平衡计算扩散的求解过程。
与有限元的求解不同：有限元的计算是先组成总体的刚度矩阵，也就是模型有任何一个扰动，模型计算都要进行整体的应力平衡，这样很费内存，也是所有隐式计算程序都使用的方法，这不太符合实际岩体或土体的应力传播实际。
而flac3d软件是采用显式计算方法进行的编程，不用形成总体刚度矩阵，节省内存用量。
模型中的应力、位移传播、平衡过程比较符合工程实际。
以前处于塑性状态实际上是计算过程中（模型中的应力、位移传播、平衡过程中）局部平衡过程中出现的塑性状态。
在不断扩大的计算求解中可能该部位又一次调整为了弹性状态，也就是现在处于弹性状态，不过展示塑性区时也要算上该区域！11.id是指在整个结构中的编号，而cid是指在某一类比如说cable中的编号。
F L A C D基础知识介绍 Document serial number【UU89WT-UU98YT-UU8CB-UUUT-UUT108】FLAC 3D基础知识介绍一、概述FLAC（Fast Lagrangian Analysis of Continua）由美国Itasca公司开发的。
目前，FLAC有二维和三维计算程序两个版本，二维计算程序以前的为DOS版本，版本仅仅能够使用计算机的基本内存64K），所以，程序求解的最大结点数仅限于2000个以内。
1995年，FLAC2D已升级为的版本，其程序能够使用护展内存。
因此，大大发护展了计算规模。
FLAC3D是一个三维有限差分程序，目前已发展到版本。
FLAC3D的输入和一般的数值分析程序不同，它可以用交互的方式，从键盘输入各种命令，也可以写成命令（集）文件，类似于批处理，由文件来驱动。
因此，采用FLAC程序进行计算，必须了解各种命令关键词的功能，然后，按照计算顺序，将命令按先后，依次排列，形成可以完成一定计算任务的命令文件。
FLAC3D是二维的有限差分程序FLAC2D的护展，能够进行土质、岩石和其它材料的三维结构受力特性模拟和塑性流动分析。
调整三维网格中的多面体单元来拟合实际的结构。
单元材料可采用线性或非线性本构模型，在外力作用下，当材料发生屈服流动后，网格能够相应发生变形和移动（大变形模式）。
FLAC3D采用的显式拉格朗日算法和混合-离散分区技术，能够非常准确的模拟材料的塑性破坏和流动。
由于无须形成刚度矩阵，因此，基于较小内存空间就能够求解大范围的三维问题。
三维快速拉格朗日法是一种基于三维显式有限差分法的数值分析方法，它可以模拟岩土或其他材料的三维力学行为。
三维快速拉格朗日分析将计算区域划分为若干四面体单元，每个单元在给定的边界条件下遵循指定的线性或非线性本构关系，如果单元应力使得材料屈服或产生塑性流动，则单元网格可以随着材料的变形而变形，这就是所谓的拉格朗日算法，这种算法非常适合于模拟大变形问题。
三维快速拉格朗日分析采用了显式有限差分格式来求解场的控制微分方程，并应用了混合单元离散模型，可以准确地模拟材料的屈服、塑性流动、软化直至大变形，尤其在材料的弹塑性分析、大变形分析以及模拟施工过程等领域有其独到的优点。
FLAC-3D(Three Dimensional Fast Lagrangian Analysis of Continua)是美国Itasca Consulting Goup lnc开发的三维快速拉格朗日分析程序，该程序能较好地模拟地质材料在达到强度极限或屈服极限时发生的破坏或塑性流动的力学行为，特别适用于分析渐进破坏和失稳以及模拟大变形。
它包含10种弹塑性材料本构模型，有静力、动力、蠕变、渗流、温度五种计算模式，各种模式间可以互相藕合，可以模拟多种结构形式，如岩体、土体或其他材料实体，梁、锚元、桩、壳以及人工结构如支护、衬砌、锚索、岩栓、土工织物、摩擦桩、板桩、界面单元等，可以模拟复杂的岩土工程或力学问题。
FLAC3D采用ANSI C++语言编写的。
二、FLAC3D的优点与不足FLAC3D有以下几个优点：1 对模拟塑性破坏和塑性流动采用的是“混合离散法“。
这种方法比有限元法中通常采用的“离散集成法“更为准确、合理。
2 即使模拟的系统是静态的，仍采用了动态运动方程，这使得FLAC3D在模拟物理上的不稳定过程不存在数值上的障碍。
3 采用了一个“显式解“方案。
因此，显式解方案对非线性的应力-应变关系的求解所花费的时间，几互与线性本构关系相同，而隐式求解方案将会花费较长的时间求解非线性问题。
面且，它没有必要存储刚度矩阵，这就意味着，采用中等容量的内存可以求解多单元结构；模拟大变形问题几互并不比小变形问题多消耗更多的计算时间，因为没有任何刚度矩阵要被修改。
当然，它也存在以下几个不足之处：1 对于线性问题的求解，FLAC3D比其他有限元程序运行得要慢；但是，当进行大变形非线性问题或模拟实际可能出现不稳定问题时，FLAC3D是最有效的工具。
2 用FLAC3D求解时间取决于最长的自然周期和最短的自然周期之比。
三、FLAC3D的特点1、应用范围广泛包含10材料本构模型Flac3D中为岩土工程问题的求解开发了特有的本构模型，总共包含了10种材料模型：1. 开挖模型null2. 3个弹性模型（各向同性，横观各向同性和正交各向同性弹性模型）3. 6个塑性模型（Drucker-Prager模型、Morh-Coulomb模型、应变硬化/软化模型、遍布节理模型、双线性应变硬化/软化遍布节理模型和修正的cam粘土模型）。
Flac3D网格中的每个区域可以给以不同的材料模型，并且还允许指定材料参数的统计分布和变化梯度。
还包含了节理单元，也称为界面单元，能够模拟两种或多种材料界面不同材料性质的间断特性。
节理允许发生滑动或分离，因此可以用来模拟岩体中的断层、节理或摩擦边界。
FLAC3D中的网格生成器gen，通过匹配、连接由网格生成器生成局部网格，能够方便地生成所需要的三维结构网格。
还可以自动产生交岔结构网格（比如说相交的巷道），三维网格由整体坐标系x,y,z系统所确定，这就提供了比较灵活的产生和定义三维空间参数。
有五种计算模式(l)静力模式。
这是FLAC-3D默认模式，通过动态松弛方法得静态解。
(2)动力模式。
用户可以直接输人加速度、速度或应力波作为系统的边界条件或初始条件，边界可以固定边界和自由边界。
动力计算可以与渗流问题相藕合。
(3)蠕变模式。
有五种蠕变本构模型可供选择以模拟材料的应力-应变-时间关系:Maxwell模型、双指数模型、参考蠕变模型、粘塑性模型、脆盐模型。
(4)渗流模式。
可以模拟地下水流、孔隙压力耗散以及可变形孔隙介质与其间的粘性流体的耦合。
渗流服从各向同性达西定律，流体和孔隙介质均被看作可变形体。
考虑非稳定流，将稳定流看作是非稳定流的特例。
边界条件可以是固定孔隙压力或恒定流，可以模拟水源或深井。
渗流计算可以与静力、动力或温度计算耦合，也可以单独计算。
(5)温度模式。
可以模拟材料中的瞬态热传导以及温度应力。
温度计算可以与静力、动力或渗流计算藕合，也可单独计算。
可以模拟多种结构形式(l)对于通常的岩体、土体或其他材料实体，用八节点六面体单元模拟。
(2)FIAC-3D包含有四种结构单元:梁单元、锚单元、桩单元、壳单元。
可用来模拟岩土工程中的人工结构如支护、衬砌、锚索、岩栓、土工织物、摩擦桩、板桩等。
(3)FLAC-3D的网格中可以有界面，这种界面将计算网格分割为若干部分，界面两边的网格可以分离，也可以发生滑动，因此，界面可以模拟节理、断层或虚拟的物理边界。
可以有多种边界条件边界方位可以任意变化，边界条件可以是速度边界、应力边界，单元内部可以给定初始应力，节点可以给定初始位移、速度等，还可以给定地下水位以计算有效应力、所有给定量都可以具有空间梯度分布。
2 FLAC-3D内嵌语言FISHFLAC-3D具有强大内嵌语言FISH，使得用户可以定义新的变量或函数，以适应用户的特殊需要，例如，利用HSH做以下事情:(l)用户可以自定义材料的空间分布规律，如非线性分布等。
(2)用户可以定义变量，追踪其变化规律并绘图表示或打印输出。
(3)用户可以自己设计FLAC-3D内部没有的单元形态。
(4)在数值试验中可以进行伺服控制。
(5)用户可以指定特殊的边界条件。
(6)自动进行参数分析。
(7)利用FLAC-3D内部定义的Fish变量或函数，用户可以获得计算过程中节点、单元参数，如坐标、位移、速度、材料参数、应力、应变、不平衡力等。
3 FLAC-3D具有强大的前后处理功能FLAC-3D具有强大的自动三维网格生成器，内部定义了多种单元形态，用户还可以利用FISH自定义单元形态，通过组合基本单元，可以生成非常复杂的三维网格，比如交叉隧洞等。
在计算过程中的任何时刻用户都可以用高分辨率的彩色或灰度图或数据文件输出结果，以对结果进行实时分析，图形可以表示网格、结构以及有关变量的等值线图、矢量图、曲线图等，可以给出计算域的任意截面上的变量图或等直线图，计算域可以旋转以从不同的角度观测计算结果。
四、 FLAC3D做计算分析的一般步骤：与大多数程序采用数据输入方式不同，FLAC采用的是命令驱动方式。
命令字控制着程序的运行。
在必要时，尤其是绘图，还可以启动FLAc用户交互式图形界面。
为了建立FLAC计算模型，必须进行以下三个方面的工作：1. 有限差分网格2. 本构特性与材料性质3. 边界条件与初始条件完成上述工作后，可以获得模型的初始平衡状态，也就是模拟开挖前的原岩应力状态。
然后，进行工程开挖或改变边界条件来进行工程的响应分析，类似于FLAC的显式有限差分程序的问题求解。
与传统的隐式求解程序不同，FLAC采用一种显式的时间步来求解代数方程。
进行一系列计算步后达到问题的解。
在FLAC中，达到问题所需的计算步能够通过程序或用户加以控制，但是，用户必须确定计算步是否已经达到问题的最终的解五、FLAC3D分析的使用领域根据手册中所说，总结如下：1 承受荷载能力与变形分析：用于边坡稳定和基础设计2 渐进破坏与坍塌反演：用于硬岩采矿和隧道设计3 断层构造的影响研究：用于采矿设计4 施加于地质体锚索支护所提供的支护力研究：岩锚和土钉的设计5 排水和不排水加载条件下全饱和流体流动和孔隙压力扩散研究：挡土墙结构的地下水流动和土体固结研究6 粘性材料的蠕变特性：用于碳酸钾盐矿设计7 陡滑面地质结构的动态加载：用于地震工程和矿山岩爆研究8 爆炸荷载和振动的动态响应：用于隧道开挖和采矿活动9 结构的地震感应：用于土坝设计10 由于温度诱发荷载所导致的变形和结构的不稳定12 大变形材料分析：用于研究粮仓谷物流动和放矿的矿石流动六、后处理用tecplot绘制曲线1.第一主应力、ydisp、zdisp、disp用excel做曲线隧道1做地表沉降槽（zdisp）2地表横向位移（xdisp）3隧道中线竖向沉降曲线（zdisp）4提取位移矢量图，5显示初期支护结构内力6显示state（找塑性区）基坑1做地表沉降槽（zdisp）2提取位移矢量图，3显示初期支护结构内力4显示state（找塑性区）边坡做安全系数和应变图七、模型最优化用FLAC3D解决问题时，为了得到最有效的分析使模型最优化是很重要的。
这个章节对改进模型的运行提供了一些方法建议。
同时，准备计算时需要避免的一些通常出现的缺陷也列了出来。
1.检查模型运行时间一个FLAC3D例子的运行时间是区域数的4/3倍。
这个规则适用于平衡条件下的弹性问题。
对于塑性问题，运行时间会有点改变，但是不会很大，但是如果发生塑性流动，这个时间将会大的多。
