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FLAC程序使用手册FLAC 输入命令FLAC 的输入和一般的数值模拟的程序不一样, 它可以用交互的方式从键盘输入各个命令, 也可以写成命令文件, 类似于批处理, 由文件来驱动。
FLAC 命令大小写一样。
所有的命令可以附带若干个关键词和有关的数值。
在下面的命令解释中, 只有大写的字母起作用, 小写的字母写不写、写多少个都没有崐关系。
i,j,m 和 n 开始的变量要求整型数, 否则要求实型数。
•实型数的小数点可崐以忽略, 但是整型数不能带小数点。
数值间可以用空格隔开, 空格的数目不限,•也可以用下面的分隔符隔开:( ), / =< > 表示可选的参数, 输入时括号不用输入;... 表示可以有任意个参数。
由 * 号开始到行末为注释, FLAC 在执行时不理会。
下面的 FLAC 命令按字母排列。
Apply 关键词 = 数值 <关键词 = 数值 ...> <范围>可以有下面的关键词:Pressure 压力XForce X-方向的力YForce Y-方向的力ATtach 该命令可以将一条线上的结点和另一条线上的结点互相接合在一起, 用以形成复杂的网格形状。
Call 文件名写成的命令文件可以用 Call 命令来调用, 命令文件的最后一行必须是RETUR N, 以返回到交互方式。
命令文件中不能有 CALL 命令本身。
Config 关键词FLAC 用以解平面应变问题, •但经过配置命令也可以用于解平面应力问题或轴对称问题。
需要时应在形成网格之前发。
关键词有:P_STR 平面应力问题AX 轴对称问题CYC n该命令同 STEP, 为执行 n 个时步的循环运算。
Fix X <Mark> <范围>YX Y用此命令可以使 <范围> 内结点的 x- 或 y- 方向的速度保持不变。
<范围> 的格式可以是 I = i1,i2, J = j1,j2; i 和 j •何者先输入没有关系。
数值计算方法在采矿工程中的应用作者：杨桂松来源：《商情》2020年第38期【摘要】现在的采矿工程已不仅是开采问题，而且还要注意围岩稳定性和岩层控制。
随着计算机技术的发展，数值计算在采矿问题分析中得到广泛的应用。
其中应用最多的数值方法有：有限差分法、有限元法、边界元法、加权余量法半解析元法、刚体元法、非连续变形分析法、离散元法等。
根据采矿工程的自身特点，数值模拟在解决该问题的作用越来越大。
【关键词】采矿工程;数值模拟;围岩稳定;岩层控制1、引言随着计算机技术的发展，数值计算在采矿和岩土工程问题分析中得到了广泛的应用。
其中应用最多的数值方法有：有限差分法、有限元法、边界元法、加权余量法半解析元法、刚体元法、非连续变形分析法、离散元法等。
从20世纪60～70年代开始国际上很多机构开始开发有限元算法的分析软件，其中国际著名的有限元分析软件有ADINA、ANSYS、MSC等。
但由于不是专门为岩土和采矿工程而开发，在解决某些岩土和采矿问题，如分析软岩巷道的大变形和采矿工程中顶板垮落等问题时经常很难计算，于是专门为岩土和采矿工程数值分析软件应运而生，如FLAC、UDEC、RFPA等。
这些软件都可以与CAD软件无缝集成，具有自动建模能力，可求解非线性问题和耦合场，同时程序具有开放性。
2、数值模拟方法基本原理数值分析软件都是基于弹性理论解决岩体非线性变形与破坏问题的数值方法。
岩体是一种脆性极强的材料，往往在受力不大时就发生破坏与断裂，大多数软件基于岩体的此特性，通过引进“基元”与“相变”的微观概念，建立了弹性损伤力学这一数学模型。
3、数值模拟方法在采矿工程中的应用3.1数值模拟的步骤采矿工程中的数值模拟可分为以下步骤：1）确定模型分析目的;2）创建物理系统的概念图;3）建立和运行简单的理想化模型;4）收集具体问题的数据;5）准备一系列详细的模型来运行;6）完成模型计算;7）提出结果用于解释。
按照以上的步骤，可以有效解决采矿工程中的岩土工程问题。
采矿工程数值计算方法——FLAC建模技巧与工程应用1 FLAC建模方法1。
1 建模(1)设计计算模型的尺寸（2）规划计算网格数目和分布（3）安排工程对象(开挖、支护等）（4）给出材料的力学参数（5）确定边界条件（6）计算模拟1。
2 网格生成:Grid i,j 例如：grid 30，201。
3 网格规划：Gen x1，y1 x2,y2 x3，y3 x4,y4例如：Gen 0，0 0，10 10,20 20，01.4 分区规划网格。
例如:Gen xI1，yI1 xI2,yI2 xI3，yI3 xI4,yI4 i=1，10 j=1,21 （I区）Gen xII1，yII1 xII2，yII2 xII3,yII3 xII4,yII4 i=10,20 j=1，21 (II区）1。
5 特殊形状的网格（1)圆形gen circle xc,yc rad（2）弧线gen arc xc,yc xb，yb theta(3）直线gen line x1，y1 x2，y2（4)任意形状tab 1 x1，y1，x2,y2，¼,xn,yn，x1，y1 gen tab 11.6 赋给单元材料性质mod e （弹性)prop d 1800e-6 bu 12.5 sh 5。
77 i=1,20 j=1,10prop d 2400e-6 bu 1250 sh 577 i=1,20 j=11，20mod m （弹塑性Mohr—Coulumb准则）prop d 1800e-6 bu 12.5 sh 5.77 c 0 fri 20 ten 0。
015 reg i，j 1.7 赋给模型边界条件(1）固定边界（结点）Fix x i=1，j=1，21 Fix y i=1，21 j=1（2）施加边界力（结点）apply yf —10 i=1,21 j=21或apply syy -10 i=1,21 j=21或apply xf —5 i=21，j=1，21或apply sxx -5 i=21, j=1,21（3）赋单元内应力（单元）ini sxx -10 i=1，20 j=1,20ini syy -5 var 0 4 i=1,21 j=1,211.8 计算Set grav 9。
2 、FLAC建模的基本方法和程序2.1 FLAC程序建模方法通过建立数值计算模型求解不同的工程地质问题。
下面给出FLAC程序了具体的解题步骤以及应注意的相关问题。
一、根据实际工程规划计算模型，主要包括以下五个方面的内容:(1)设计模型尺寸：计算模型范围的选取直接关系到计算结果的正确与否，模型范围太大，白白耗费了计算机能源，模型范围太小，计算结果失真，不能给实际工程指导性的意见，因此合理的选择计算模型的范围至关重要；(2)规划计算网格数目和分布：计算模型的尺寸一旦确定，计算网格的数目也相应确定，程序中所能容纳的计算网格数目和计算机的CPU以及内存有重要的关系，因此一台配置较好的计算机是非常重要的。
程序中为了减少因网格划分引起的误差，网格的怛宽比应不大于5,对于重点研究区域可以进行网格加密处理；(3)安排工程对象(开挖、支护等)：对于需要开挖或者支护的工程，应在建模过程中进行规划，调整网格结点，安排开挖以及支护的位置等；(4)给出材料的力学参数：在建模时，应根据实际工程确定本构关系，给模型赋以相应的力学参数，力学参数往往来源于现场或者试验；(5)确定边界条件：模型的边界条件包括位移边界和力边界两种(包括模型内部出适应力和位移)，在计算前应确定模型的边界状况。
二、做好以上的规划准备后，须在计算机上建立模型，建模过程中具体操作步骤和常用的语句介绍如下：⑴网格生成：grid i,j模型开始建立时，首先应该给出模型在X方向上总的单元格数目i和模型在Y 方向上总的单元格数目j,例如：grid 30,20mod eY、八j=20图6-29地应力场六、开始计算程序在计算前，还应该设置以下参数：（1）根据实际情况施加重力加速度，施加重力加速度的语句如下：set grav 9.81 （重力加速度的数值可根据实际情况进行选取）（2）假如程序中允许大变形发生，则使用下面语句：set large （值得注意的是采用大变形后，在计算过程中网格由于变形过大易出问题）（3）根据实际工程设置程序计算的步数：step n （n为计算的步数）（4）将计算结果存盘，以便以后调用：save file.sav （file为存储的文件名）七、结果显7K模型计算完成后，需要根据计算结果的应力场、破坏场以及位移场等对工程进行评价和分析，主要用到以下语句：(1)plot(2)plot(3)plot(4)plot(5)plot(6)plot(7)plot(8)plot(9)plot grid：显示计算模型的网格；bo：显示模型的边界；plas：显示塑性区；sig 1 fill：显小最大主应力O|； sig2 fill：显示最小主应力。
FLAC软件在林南仓矿巷道支护中的应用艾春和;刘金广【摘要】拉格朗日算法应用软件FLAC是一连续介质力学分析软件,也是一种数值分析方法,在大变形问题的分析方面优势独特.该软件针对岩土体和支护体系的各种本构模型和结构单元更突出其“专业”特性,适合于求解非线性的大变形问题,在岩土力学中应用颇多.结合林南仓矿实际巷道施工典型支护工程,用此分析软件进行计算、模拟,结果与实际施工监测数据吻合较好,为今后巷道支护优化提供了一种新的思路.【期刊名称】《水力采煤与管道运输》【年(卷),期】2015(000)002【总页数】6页(P47-51,55)【关键词】FLAC;巷道支护;模拟计算【作者】艾春和;刘金广【作者单位】河北煤矿安全监察局冀东分局,河北唐山063000;开滦(集团)有限责任公司,河北唐山063000【正文语种】中文【中图分类】TD353开滦林南仓矿井田为一椭圆形盆状向斜构造，立井多水平开拓，按照该矿井发展规划，未来几年延深工程主要为三水平延深工程:-650轨道石门、回风石门，-650～-900皮带斜井、回风斜井等，工程总量20000m。
地质资料显示:工程所处围岩80%的巷道将集中在属于典型软岩的12S顶板至8S底板岩层中，只有20%左右处于相对较稳定的12S底板至14S顶板岩层中。
选取-650南石门(包括轨道平石门和回风平石门)作为支护研究地段，该巷道由林南仓井田北翼直接穿层至井田南翼，几乎揭露矿井所有岩层、煤层，且埋深大(650～660m)，其多种支护形式很有代表意义。
1 现场条件-650南石门标高-650m，自重应力超过16MPa，围岩岩性以泥岩和粉砂岩为主。
经岩样分析，其主要组成物质是蒙脱石并含有少量的高岭石，具有强膨胀性和强吸水性。
高岭石吸水性、膨胀性较低，但其属于胶体膨胀机制。
现场施工在多次尝试基础上，经多年实践，最终确立实施差异化支护设计，根据所处围岩，分别采用常规锚喷支护、壁厚充填、混凝土浇筑等多种支护手段，分别满足不同支护需要。
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.FLAC3D分析的使用领域根据手册总结如下:(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(11) 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10种材料本构模型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null(2) 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.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.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.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.FLAC-3D嵌语言FISHFLAC-3D具有强大嵌语言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.FLAC-3D前后处理功能FLAC-3D具有强大的自动三维网格生成器, 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.FLAC3D计算分析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.后处理(一) 用tecplot绘制曲线(1) 第一主应力(2) xdisp、ydisp、zdisp、disp(二) 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) 显示初期支护结构力(4) 显示state(找塑性区)边坡(1) 做安全系数和应变图模型最优化用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.(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. 对一个具体模型检查自己机子的计算速度很重要. 一个简单的方法就是运行基准测试. 然后基于区域数的改变, 用这个速度评估具体模型的计算速度.(2) 影响运行时间的因素:FLAC3D有时会需要较长时间才可以收敛主要发生在下列情况下:(a)材料本身刚度变异或材料与结构及接触面之间的刚度差异很大.(b)划分的区域尺寸相差很大. 这些尺寸差异越大编码就越无效. 在做详细分析前应该研究刚度差异的影响. 例如, 一个荷载作用下的刚性板, 可以用一系列顶点固定的网格代替, 并施以等速度. (记住FIX命令确定速度, 而不是位移. )地下水的出现将使体积模量发生明显的增加(流体-固体相互作用).(3) 考虑网格划分的密度:FLAC3D使用常应变单元. 如果应力/应变曲线倾斜度比较高, 那么你将需要许多区域来代表多变的分区. 通过运行划分密度不同的同一个问题来检查影响. FLAC3D应用常应变区域, 因为当用多的少节点单元与用比较少的多节点单元模拟塑性流动时相比更准确.应尽可能保持网格, 尤其是重要区域网格的统一. 避免长细比大于5:1的细长单元, 并避免单元尺寸跳跃式变化(即应使用平滑的网格). 应用GENERATE命令中的比率关键词, 使细划分区域平滑过渡到粗划分区域.(4) 自动发现平衡状态:默认情况下, 当执行SOLVE 命令时, 系统将自动发现力的平衡. 当模型中所有网格顶点中所有力的平均量级与其中最大的不平衡力的量级的比率小于1*10时, 认为达到了平衡状态. 注意一个网格顶点的力由力(例如, 由于重力)和外力(例如, 由于所加的应力边界条件)共同引起. 因为比率是没有尺寸的, 所以对于有不同的单元体系的模型, 在大多数情况下, 不平衡力和所加力比率的限制给静力平衡提供了一个精确的限制.同时还提供了其他的比率限制;可以用SET ratio 命令施加. 如果默认的比率限制不能为静力平衡提供一个足够精确的限制, 那么应考虑可供选择的比率限制. 默认的比率限制同样可用于热分析和流体分析的稳定状态求解. 对于热分析,是对不平衡热流量和所加的热流量量级进行评估, 而不是力. 对于流体分析,对不平衡流度和所加流度量级进行评估.(5) 考虑选择阻尼:对于静力分析, 默认的阻尼是局部阻尼, 对于消除大多数网格顶点的速度分量周期性为零时的动能很有效. 这是因为质量的调节过程依赖于速度的改变. 局部阻尼对于求解静力平衡是一个非常有效的计算法则且不会引入错误的阻尼力(见Cundall 1987).如果在求解最后状态, 重要区域的网格海域的速度分量不为零, 那么说明默认的阻尼对于达到平衡状态是不够的. 有另外一种形式的阻尼, 叫组合阻尼, 相比局部阻尼可以使稳定状态达到更好的收敛, 这时网格将发生明显的刚性移动. 例如, 求解轴向荷载作用下桩的承载力或模拟蠕变时都可能发生. 使用SETmechanical damp combined命令来调用组合阻尼. 组合阻尼对于减小动能方面不如局部阻尼有效, 所以应注意使系统的动力激发最小化. 可以用SETmechanical damp local命令转换到默认阻尼.(6) 检查模型反应:FLAC3D 显示了一个相试的物理系统是怎样变化的. 做一个简单的试验证明你在做你认为你在做的事情. 例如, 如果荷载和实体在几何尺寸上都是对称的, 当然反应也是对称的. 改变了模型以后, 执行几个时步(假如, 5或10步), 证明初始反应是正确的, 并且发生的位置是正确的. 对应力或位移的期望值做一个估计, 与FLAC3D 的输出结果作比较.如果你对模型施加了一个猛烈的冲击, 你将会得到猛烈的反应. 如果你对模型作了一些看起来不合理的事情, 你一定要等待奇怪的结果. 如果在分析的一个给定阶段, 得到了意外值, 那么回顾到这个阶段所用的时步.在进行模拟前很关键的是检查输出结果. 例如, 除了一个角点速度很大外, 一切都很合理, 那么在你理解原因前不要继续下去. 这种情况下, 你可能没有给定适当的网格边界.(7) 初始化变量:在模拟基坑开挖过程时, 在达到目的前通常要初始化网格顶点位移. 因为计算次序法则不要求位移, 所以可以初始化位移, 这只是由网格顶点的速度决定, 并有益于用户初始化速度却是一件难事. 如果设定网格顶点的速度为一常数, 那么这些点在设置否则前保持不变. 所以, 不要为了清除这些网格的速度而简单的初始化它们为零. . . 这将影响模拟结果. 然而, 有时设定速度为零是有用的(例如, 消除所有的动能).(8) 最小化静力分析的瞬时效应:对于连续性静力分析, 经过许多阶段逐步接近结果是很重要的. . . 即, 当问题条件突然改变时, 通过最小化瞬时波的影响, 使结果更加“静力”. 使FLAC3D 解决办法更加静态的方法有两种.(a) 当突然发生一个变化时(例如, 通过使区域值为零模拟开挖), 设定强度性能为很高的值以得到静力平衡. 然后为了确保不平衡力很低, 设定性能为真实值, 再计算, 这样, 由瞬时现象引起的失败就不会发生了.(b) 当移动材料时, 用FISH 函数或表格记录来逐步减少荷载.(9) 改变模型材料:FLAC3D 对一个模拟中所用的材料数没有限制. 这个准则已经尺寸化, 允许用户在自己所用版本的FLAC3D中最大尺寸网格的每个区域(假如设定的)使用不同的材料.(10) 运行在现场原位应力和重力作用下的问题:有很多问题在建模时需要考虑现场原位应力和重力的作用. 这种问题的一个例子是深层矿业开挖:回填. 此时大多数岩石受很高的原位应力区的影响(即, 自重应力由于网孔尺寸的限制可以忽略不计), 但是回填桩的放置使自重应力发展导致岩石在荷载作用下可能坍塌. 在这些模拟中要注意的重点(因为任何一种模拟都有重力的作用)是网格的至少三个点在空间上应固定. . . 否则, 整个网格在重力作用下将转动. 如果你曾经注意到整个网格在重力加速度矢量方向发生转动, 那么你可能忘记在空间上固定网格了.FLAC3D主要适明模拟计算地质材料和岩土上程的力学行为。
矿业工程黄 金ＧＯＬＤ２０２３年第１２期／第４４卷基于Ｆｌａｃ３Ｄ的某矿山开采方案优选及应用收稿日期：２０２３－０５－０９；修回日期：２０２３－０７－２６基金项目：云南省教育厅科学研究基金项目（２０２３Ｊ１６４９）作者简介：张绍周（１９８９—），男，讲师，硕士，从事采矿理论及其运用教学与研究工作；Ｅ ｍａｉｌ：４９３６８１８２９＠ｑｑ．ｃｏｍ张绍周１，苏之品１，陈玉明２（１．昆明工业职业技术学院冶金化工学院；２．昆明理工大学国土资源工程学院）摘要：为保证某矿山安全、高效开采，根据该矿山矿体开采技术条件及矿岩物理力学性质，应用Ｆｌａｃ３Ｄ软件分别对４种开采方案不同采场结构参数进行数值模拟分析，结果表明：开采１２３５ｍ标高以上矿体时，采用采场矿房长４０ｍ，矿房间留２ｍ连续间柱，顶、底柱２ｍ的采场结构参数效果最优；开采１２３５ｍ标高以下矿体时，采用充填采矿法最优；符合矿山“安全、高效、低成本、低贫损”的开采理念。
研究成果可为该矿山的安全生产提供理论性指导。
关键词：数值模拟；开采方案；充填采矿法；采场结构参数；Ｆｌａｃ３Ｄ软件 中图分类号：ＴＤ８５３．３ 文章编号：１００１－１２７７（２０２３）１２－００１４－０４文献标志码：Ａｄｏｉ：１０．１１７９２／ｈｊ２０２３１２０４引 言矿体在开采过程中引起应力二次分布及矿岩移动变形非常复杂，仅从理论方面对其进行计算分析很难客观、全面反应研究对象的变化过程，必须借助理论计算之外的其他研究手段［１－５］。
计算机模拟分析技术能很好地解决这个问题，借助计算机模拟软件能够很好地监测岩体在开挖过程中的应力、位移及其他一些物理量的变化过程。
目前，计算机模拟分析技术已经在岩土工程领域得到了广泛应用，也出现了很多研究方法和模拟软件，最具代表性的研究方法和软件包括：以Ｆｌａｃ３Ｄ软件为代表的有限差分法、以３Ｄ－σ和ＡＮＳＹＳ为代表的有限单元法、以Ｅｘａｍｉｎｅ３Ｄ为代表的边界元法、以２Ｄ－Ｂｌｏｃｋ和ＵＤＥＣ为代表的离散元法及其他一些研究方法，如流形元法、不连续变形分析法等［６－９］。
基于 FLAC 的某矿山开采技术参数的数值模拟分析黄程辉【摘要】应用 FLAC 软件对湖南某矿山采场稳定性进行数值模拟分析，绘制矿柱不同厚度下采场顶板的位移分布云图及应力分布云图，确定当该矿山采场矿房跨度为30 m 时矿柱最佳设置厚度应为6 m，为该矿山采场开采时矿柱的合理布置提供了可靠依据，对该矿山安全生产具有积极指导意义。
%The numerical model of a certain mine in Hunan was simulated and its stability was analyzed by FLAC, and drawn the displacement contours and stress contours of the mine in different pillar thickness.The results show that when the mine span of 30 m,the optimal pillar thickness should be 6 m.The research makes a reasonable basis arrangement for the mine,and has positive significance for the mine safety.【期刊名称】《湖南有色金属》【年(卷),期】2015(000)004【总页数】4页(P1-3,14)【关键词】矿山;FLAC;技术参数;数值模拟【作者】黄程辉【作者单位】香花岭锡业有限责任公司，湖南郴州 424300【正文语种】中文【中图分类】TD311采矿工业作为我国国民经济的基础工业，是我国经济快速、健康增长的最基本保障，但矿业也是一个高危行业，其生产过程中的事故也屡见不鲜，而矿山开采事故产生绝大数与其采场参数设置不合理有关，本文拟采用数值分析软件FLAC对某矿山采场进行数值模拟分析，确定合理的开采技术参数，为该矿山生产做出指导，降低开采事故。
《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在采空区稳定性分析中的应用武崇福,刘东彦,方 志(燕山大学建筑工程与力学学院,河北秦皇岛 066004)摘要:为了解决目前采空区利用率普遍较低的现象,提高土地资源的利用率,采空区治理显得尤为必要.首先从介绍数值模拟FLAC 3D软件的基本原理入手,采用数值模拟计算方法分析采空区稳定性.针对具体的工程实例,利用数值模拟软件FLAC 3D 对南马圈煤矿和村民自采小矿采空区的稳定性进行定量分析;通过监测地表沉陷历史过程及观测采场围岩破坏情况,较真实地再现了围岩变形的破坏过程,尤其是塑性区的发展过程;通过观测采空区破坏的形式及采空区破坏的特征,为治理采空区提供了理论依据.关 键 词:采空区;稳定性;围岩;数值模拟;FLAC 3D中图分类号:T D 325 文献标识码:A 文章编号:1673 9787(2007)02 0136 051 FLAC 概述随着计算机技术的发展,数值模拟方法已广泛应用于岩土及地下工程的研究和设计中.FLAC (Fast Lagrang ian Analysis of Cotinuum)是一种显式有限差分程序;基于显式有限差分方法求解运动方程与动力方程[1]过程中,基本方程组和边界条件(一般均为微分方程)近似地改用差分方程(代数方程)来表示,即由空间离散点处的场变量(应力、位移)的代数表达式代替(这些变量在单元内是不确定的),从而把求解微分方程的问题转换成求解代数方程的问题.FLAC 3D 程序是由美国ITAS CA 咨询集团公司在FLAC 的基础上开发的三维数值分析软件.由于其分析不局限于某一类特殊问题或分析类型,所以FLAC 3D广泛应用于土木、交通、采矿、水利等行业,实现了对岩石、土和支护结构等建立高级三维模型,进而进行复杂的岩土工程数值分析与设计.FLAC 3D 具有良好的后处理功能:计算时,三维网格自动被剖分成四面体单元;在网格划分上没有太多的限制,可以准确地模拟工程实际;每个单元体都可以有自己的材料模型,材料可以在外力及应力的作用下屈服流动,网格也随着材料的变形而改变(大变形模式);有限差分法不需组合成大型整体刚度矩阵,通常采用 显式 、时间递步法解算代数方程;FLAC 可以处理任意的本构模型而不需要对求解运算法则进行调整;在模拟材料的屈服过程中,采用了混合离散化方法模拟塑性破坏与塑性流动,比有限元更为有效;FLAC 3D采用宏语言FLACish (简称Fish)时,用户可以定义自己的新变量、函数或本构模型.本文采用FLAC 3D 分析采空区稳定性,模拟覆岩的破坏及应力分布情况.2 工程区概况场内地层上覆地层为第四系表土,主要以砂、砾卵石为主;下伏基岩为二叠系至石炭系的煤系地层(二叠系地层主要为茂山组和荒山组).物探结果表明,场地深部存在着1条拟断层,北东55!,倾向东南45!左右;岩体普遍发育近似正交的两组节理,间距0.2m ,闭合性较好,可见钙质填充物.场地地下水类型为第四系孔隙潜水,主要赋存于表层砂砾石层中,稳定水位埋深4m 左右.根据钻探取样和岩石力学实验结果,考虑岩石尺寸效应,岩石力学参数见表1.第26卷第2期2007年4月河南理工大学学报(自然科学版) JOU RN AL O F HEN AN POL YT ECHN IC U N IV ER SI T Y(NAT U RA L SCI EN CE) Vol.26 N o.2Apr.2007收稿日期:2006 09 16作者简介:武崇福(1966 ),男,河北秦皇岛人,副教授,从事地基、基础及上部结构协调作用教学与研究.E mail:langz i 800717@该区域采空区由2部分组成,一部分为南马圈煤矿采煤形成的采空区,另一部分为南马圈村民自采形成的采空区.南马圈矿,始于1984年,至1995年底停采封闭矿井历时11a.南马圈煤矿所采煤层为4煤层,煤层厚度20m 左右,回采12m 左右;煤层倾角平均为20!,局部为40!;采用长壁崩落法采煤,全部垮落法管理顶板,回采率为30%~40%;煤柱大小一般在2~4m 之间.工作面最迟开采结束距今10a.南马圈村民自采矿煤层为2煤层,煤层厚度2~6m ;煤层倾角20!,局部为30!;采用长壁崩落法采煤,全部跨落表1 岩土体岩石力学参数T ab.1 M echanics parameter of the rock序号标识岩石名称密度/(kg ∀m -3)体积模量/Pa 剪切模量/Pa 抗拉强度/Pa 粘结力/Pa 内摩擦角/(!)1t1土层1960 2.8e89.3e7 3.5e58.5e5252t2细砂2540 2.7e9 1.6e9 1.0e6 2.0e6353t3中砂2580 3.3e9 2.5e9 1.2e6 4.0e6374t42煤层14008.5e8 3.8e8 5.0e5 1.0e6285t5粗砂2560 4.2e9 2.9e9 1.5e6 5.0e6346t6砂页2600 5.1e9 3.3e9 2.0e6 4.5e6377t7粉砂2630 5.0e9 3.8e9 2.5e6 6.0e6358t84煤层1430 1.0e9 4.6e8 6.0e5 1.2e6289t9砂页2660 5.7e9 3.4e9 2.6e6 5.0e63510t10粉砂26805.6e94.2e93.5e68.0e638管理顶板,回采率70%以上;基本不留煤柱,工作面最迟开采结束距今3年.3 采空区稳定性的FLAC 分析为了反映南马圈场地在回采过程中覆岩的非线形特征,本文采用FLAC 3D 进行模拟.3.1 计算模型计算范围沿X 轴正向200m ,沿X 轴负向240m;沿Y 轴正向280m,沿Y 轴负向160m;铅锤Z 轴沿负向170m 作为模型边界.整个三维模型共划分69575个单元和75264个节点,其中采空部分采用零单元模拟,模型网格如图1所示.模型侧面限制水平移动,模型底面限制垂直移动,模型上部为自由地表.根据覆岩发生变形的情况及覆岩的材料特性,本构模型采用弹塑性本构模型,破坏准则采用摩尔 库仑屈服准则.3.2 模拟分析方案(1)根据南马圈采空区物探勘查成果图,采空区分布如图2所示.(2)为分析采空区对上覆岩层的扰动影响,将南马圈矿和村民自采矿进行三维位移场、应力场和破坏场对比分析.(3)结合地表特征点的高程测量结果,在三维数值计算模型的地表分别设置了4个沉陷监测点(见图3),对采动沉陷的历史过程进行监测,同时确定南马圈矿和村民自采矿的塌陷中心位置.4 计算结果及分析4.1 三维采场位移特征及分析根据计算结果(图4),南马圈矿回采后地表沉陷区的中心位于Y 轴左侧,坐标为-24m,56m,0),最大沉降量为114m (图5),村民自采矿回采后地表沉陷区的中心位置在Y 轴右侧,坐标为8m ,88m,0,最大沉降为306mm.由图4、图5可知,村民自采矿回采2煤层加剧了地表的沉陷量,最大下沉量为南马圈煤矿回采4煤层的2.68倍,地表的沉陷中心向东北方向产生了偏移.4.2 三维采场应力特征及分析根据计算结果(图6),南马圈矿回采后地表最大主应力区的中心位于Y 轴左侧,坐标为-56m,137第2期 武崇福等:FL AC 3D 在采空区稳定性分析中的应用40m ,0,最大压应力值为-0.2MPa,最大拉应力值为0.06M Pa(图7),村民自采矿回采后地表主应力区的中心位于Y 轴右侧,坐标为8m,88m,0,最大压应力值为-0.66M Pa,最大拉应力值为0.06MPa.由图6、图7可知,村民自采矿回采2煤层后加剧了地表最大主应力集中的程度,最大压应力值为原来的3倍,地表最大主应力区中心向东北方向产生了偏移.4.3 三维采场破坏特征及分析南马圈煤矿回采后,在地表没有出现拉破坏单元,仅在深部采场围岩附近产生了较多的塑性破坏单元,但表土下的基岩出现了局部塑性破坏单元(图8);村民自采矿回采后,在地表产生了大量的塑性破坏单元,沿沉陷盆地边缘出现较多的拉破坏单元(图9).村民自采矿回采2煤层后加大了地138 河南理工大学学报(自然科学版) 2007年第26卷表破坏的程度与范围,加剧了上覆顶板的拉破坏,尤其对近地表的岩土体造成的损伤破坏最大.4.4 场地变形稳定性预测及分析如图10所示,南马圈矿回采后,地表发生沉陷.由地表监测点曲线图可知,各点位移由大至小排序为:测点2>测点4>测点3>测点1.总体看,各监测点沉陷位移有缓慢趋于收敛的趋势,地表趋于稳定;但随村民自采矿的陆续回采,进一步活化了采空区的沉陷.由地表监测点曲线图可知,各点位移由大至小排序为:测点2(205m m)>测点1(156mm )>测点4(113mm )>测点3(100mm );但是,村民自采矿回采结束后,各监测点沉陷趋于收敛,地表也趋于稳定.回采结束后,各监测点沉陷位移与各个特征点的实测高程相比,变形程度及趋势是一致的.此外,如图11和图12所示,回采过程结束后,地表水平位移为A(88mm)/B (79mm);C (80mm)/D (71mm).图13和图14分别表示南北和东西垂向位移.5 结 论(1)FLAC 3D数值模拟算法不仅可以用来研究地下采空区的稳定问题(非线性、大变形、塑性流动),而且还可以用来模拟岩土体的开挖、岩石力学的静动态、耦合分析,是工程数值计算中一种有效的算法.139第2期 武崇福等:FL AC 3D 在采空区稳定性分析中的应用(2)本文通过计算分析马圈采空区稳定性,为以后的实际工程提供了一种有效准确的计算方法.(3)分析表明,采空区顶板弯曲跨落,板底出现拉应力,围岩产生塑性破坏单元.回采结束后,地表呈现由西北向东南倾斜的趋势;南北方向的变形大于东西方向的变形.(4)研究了南马圈场地采空区上覆围岩受采动影响的时空变形特征及分布规律,得出了南马圈场地南马圈煤矿采空区处于稳定状态,村民自采矿采空区处于基本稳定状态.参考文献:[1] 吴洪词,胡 兴,包 太.采场围岩稳定性的FLA C 算法分析[J].矿山压力与顶班管理,2002(4):91 98.[2] 刘 波,韩彦辉.F LAC 原理、实例及应用指南[M ].北京:人民交通出版社,2005.[3] 吴传斌,施 斌,孙 宇,等.昆明白泥井3号隧道围岩稳定性FL AC 模拟[J].水文地质与工程地质,2004(6):52 55.[4] 潘永坚,陈 光.某浅埋地下洞室围岩稳定及渐进破坏过程分[J].水文地质与工程地质,2004(3):69 71.[5] 郭广礼.老采空区上方建筑地基变形机理及其控制[M ].北京:中国矿业大学出版社,2002.[6] 张永兴.岩石力学[M ].北京:中国建筑工业出版社,2005.[7] 杨伯源,张义同.工程弹塑性力学[M ].北京:机械工业出版社,2003.[8] 何满潮.工程地质数值法[M ].北京:科学出版社,2006.T he A pplication of FLA C3Din the Analysis on Stability of the Waste CaveWU Chong fu,LIU Dong yan,FANG Zhi(Civ il Engineering and M echanics I nstitute,Yanshan Uu niv ersity ,Qinhuangdao 066004,China)Abstract:T he use of the w aste cave is g enerally low er at present,to slove the problem,increase using land resource and storing the w aste cave has become necessary.Firstly ,the paper introduces the principle of the FLAC 3D w hich is a numerical simulate software and use numerical simulate to analyse the w aste cave #s stability.According to concrete project g ives a real example:the waste cave #s stability of Nanmaquan coal mine and Mincai small coal mine ,analyses the stability by use of the FLAC 3D programm ,observes the process of sedimentation about the earth #s surface and the destroying of w all rock about the coal mine,taking on a new look about the process of the wall rock #destroying really specially about the state zone.By observing the w aste cave #s deslroying,to g ive a theoretical base of restoring the w aste cave.Key words:waste cave;stability;w all rock;numerical simulate;FLAC 3D(责任编辑 杨玉东)140 河南理工大学学报(自然科学版) 2007年第26卷。
采矿工程数值计算方法——FLAC建模技巧与工程应用FLAC词汇讲解：Bulk 体积模量COhesion 粘结力Den 质量密度Dilation 剪胀角E_p 全塑性应变(应变软化模型)Friction 摩擦系数SHear 剪切模量X X-坐标Y Y-坐标PP 孔隙压力JFric 节理摩擦力JCoh 节理粘结力JAngle 节理角度NUYx y-x 泊松比NUZx z-x 泊松比SIG1 最大主应力SIG2 最小主应力SXX XX-应力SYY YY-应力SXY XY-应力Theta 最小主应力与x-轴的夹角XDis X-位移YDis Y-位移XMod X-模量YMod Y-模量XVel X-速度YVel Y-速度ASXX XX-应力(三角形A)BSXX XX-应力(三角形B)CSXX XX-应力(三角形C)DSXX XX-应力(三角形D)ASYY YY-应力(三角形A)BSYY YY-应力(三角形B)CSYY YY-应力(三角形C)DSYY YY-应力(三角形D)ASXY XY-应力(三角形A)BSXY XY-应力(三角形B)CSXY XY-应力(三角形C)DSXY XY-应力(三角形D)State 塑性状态0 弹性1 正在屈服中2 曾经屈服, 现为弹性3 已超过单轴抗张力4 屈服并超过单轴抗张力5 已经超过抗张力6 彻体节理正在屈服7 彻体节理过去屈服过, 现为弹性状态1 FLAC建模方法1.1 建模Flac命令汇总：横观各向同性弹性模型ANisotropic彻体节理模型Ubiquitous输出图形set plot jpgPl hard file 文件名（edit-copy to clipboard）create Trench（创建了一个叫做“TRENCH”的视图窗口）add surface yellow（表面显示黄色）显示锚杆pl add sel force在屏幕上显示：plot show显示坐标轴：plot add axes black设置模型的颜色：plot add surface yellow不同的组显示不同的颜色：plo blo group设置背景颜色：pl set back white设置图片大小：set plot bitmap size (800,510) ;设置图例数字大小(default=35 范围10-50)：plot set caption size 37command window ：mainwin size 1 1 position 0 0.8graphics window ：plot set window size 0.8 0.8 position 0.1 0.0plot set center 100 0 40如何进行切片：plo set plane ori (点坐标) norm (法向矢量)plo set plane ori 176.7621 426.9150 21.649 norm 1 0 0显示切片pl bl gr p ou off dis p scale 0.02 ;pl con disp plane outline off dis plane 显示变形轮廓线的命令plo ske magf 10显示模型：Pl bl gr显示点的编号：plo blo gro gpnum on显示网格：Plot grid显示边界：Plot bo查看模型的边界情况: plo gpfix red sk查看模型的体力分布：plo fap red sk求解边坡的安全系数solve fos显示安全系数plot fos/print fos查看剪应变：pl con ssi outline on vel red查看塑性区：pl bl st模型的云图：位移：plo con dis (xdis, ydis, zdis)plo bcon dis应力：call(sy, sx, sxy, syz, sxz)查看最小主应力pl con smin查看最大主应力pl con smax最大拉应力云图：plot cont smax最大压应力云图：plot cont smin查看szz的应力云图：plo con szz ou on模型的矢量图：plo dis (xdis, ydis, zdis)看模型有多少单元、节点：plo info查询节点的坐标pr gp p range id xxxx输出模型的后处理图：File/Print type/Jpg file，然后选择File/Print，将保存格式选择为jpe文件施加面力：app nstress调整视图的大小、角度：综合使用x, y, z, m, Shift键，配合使用Ctrl+R，Ctrl+Z等快捷键单元的ID：用鼠标双击单元的表面，可以知道单元的ID和坐标进行切片：plo set plane ori (点坐标) norm (法向矢量)plo con sz plane (显示z方向应力的切片)file里print setup选项可以设置输出图片的大小和质量调用已保存的结果：rest +文件名；或者File / Restor暂停计算：Esc程序中进行暂停：命令中加入pause命令，用continue进行继续把一个PLOT的图像数据导出来以便用其他软件绘图：用set log on 命令，把数据导出来，转到excel里处理一下，然后用surfer或者什么作图软件绘制就行了。
基于 FLAC3D 数值模拟的某矿山不同采矿方法对比易理德;熊毅;王卓雄【摘要】以云南某缓倾斜薄至中厚磷矿体露天转地下开采为工程背景，根据赋存条件、矿体厚度、矿层倾角和地质勘探线剖面，确定主要两种采矿方法为崩落法和充填法，采用有限差分软件 FLAC3D 数值模拟方法对采场出现位移的变化规律进行研究，得出了充填法开采沉降位移影响范围明显减小，对于缓倾斜薄至中厚矿体，开采方法也是露天转地下，为其选择及优化提供依据。
%To Yunnan a slow inclined thin and medium thick phosphorus ore open-pit to underground mining engineering background,combined with seam occurrence condition,ore body thickness,obliquity and geological prospecting line profile,primary caving method and the method of filling two mining method,using the finite difference software FLAC3D numerical simulation method of displacement behavior were studied,it is concluded that fill mining method mining subsidence displacement effects are reduced obviously. This paper provides a basis for the selection and optimization of open pit underground mining method for similar gently inclined thin to medium thick phosphorus ore body.【期刊名称】《山西建筑》【年(卷),期】2016(042)009【总页数】2页(P69-70)【关键词】数值模拟;充填法;位移;崩落法【作者】易理德;熊毅;王卓雄【作者单位】重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室，重庆 400030; 重庆大学资源及环境科学学院，重庆 400030;重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室，重庆 400030; 重庆大学资源及环境科学学院，重庆 400030;重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室，重庆 400030; 重庆大学资源及环境科学学院，重庆 400030【正文语种】中文【中图分类】TD80220世纪80年代初宋振骐院士等［1，2］根据多次现场实地监测的数据，得到了把岩层的运动作为中心，预测预报、控制设计和控制效果判断三位一体的实用矿压理论体系。
第18卷 第4期岩石力学与工程学报18(4):397～401 1999年8月Chi nese Journal of Rock Mechanics and Engi neeri ng A ug.,1999FLAC在煤矿开采沉陷预测中的应用及对比分析谢和平1 周宏伟1 王金安1 李隆忠2 M.A.Kwasniewski3(1中国矿业大学(北京校区)岩石力学与分形研究所 北京 100083) (2鹤壁矿务局 鹤壁 456600) (3西里西亚工业大学 波兰)摘要 应用FLAC2D3.3和FLAC3D1.0对河南省鹤壁矿务局4矿开采沉陷进行了预计,通过对比分析经典预计方法(概率积分法)与FLAC计算结果,发现FLAC能真实地模拟现场地质条件,弥补一般经典方法不能考虑断层影响的不足,是一种简单易行的开采沉陷预计方法。
关键词 FLAC,开采沉陷,开采沉陷预计,数值模拟分类号 TD325.21 前 言目前我国建筑物下压煤特别是村庄下压煤量呈上升趋势[1],煤层开采前对开采沉陷作出预计对保护地面建筑物和地面环境具有十分重要的意义。
我国对开采沉陷学的研究经过最近几十年的发展已逐步成熟,形成了独立的学科范围和独特的研究方法,有关开采沉陷的理论和方法也已经在现场生产实践中发挥了重要作用。
尤为值得一提的是,60年代我国学者引入波兰学者提出的开采沉陷的随机介质理论,并加以改进和完善,提出了地表移动预计的概率积分法,该方法直到目前仍被我国采矿行业广泛应用[2,3]。
现有的开采沉陷理论基本上都是以均匀连续介质假设作为理论研究前提,不能考虑岩层中存在的不连续面,如节理、裂隙以及断层的影响。
而实际上岩层中存在大量的节理裂隙和规模不等的断层,这些不连续面的存在影响了开采沉陷规律,尤其是当开采区域断层比较发育时,断层对开采沉陷规律的影响十分明显,在这种情况下就不得不考虑断层等不连续面的影响。
另一方面,由于目前的开采沉陷预计理论(如概率积分法)的关键参数必须经过现场观测才能确定,因而给实际预测工作造成了一定的难度。
采矿工程数值计算方法——FLAC建模技巧与工程应用1 FLAC建模方法1.1 建模（1）设计计算模型的尺寸（2）规划计算网格数目和分布（3）安排工程对象（开挖、支护等）（4）给出材料的力学参数（5）确定边界条件（6）计算模拟1.2 网格生成： Grid i,j 例如：grid 30,201.3 网格规划： Gen x1,y1 x2,y2 x3,y3 x4,y4例如：Gen 0,0 0,10 10,20 20,01.4 分区规划网格。
例如：Gen xI1,yI1 xI2,yI2 xI3,yI3 xI4,yI4 i=1,10 j=1,21 （I区）Gen xII1,yII1 xII2,yII2 xII3,yII3 xII4,yII4 i=10,20 j=1,21 (II 区）1.5 特殊形状的网格（1）圆形 gen circle xc,yc rad（2）弧线 gen arc xc,yc xb,yb theta（3）直线 gen line x1,y1 x2,y2（4）任意形状 tab 1 x1,y1, x2,y2, ,xn,yn, x1,y1 gen tab 11.6 赋给单元材料性质mod e (弹性)prop d 1800e-6 bu 12.5 sh 5.77 i=1,20 j=1,10prop d 2400e-6 bu 1250 sh 577 i=1,20 j=11,20mod m （弹塑性Mohr-Coulumb准则）prop d 1800e-6 bu 12.5 sh 5.77 c 0 fri 20 ten 0.015 reg i,j1.7 赋给模型边界条件（1）固定边界（结点） Fix x i=1, j=1,21 Fix y i=1,21 j=1（2）施加边界力 (结点) apply yf -10 i=1,21 j=21或 apply syy -10 i=1,21 j=21或 apply xf -5 i=21, j=1,21或 apply sxx -5 i=21, j=1,21（3）赋单元内应力（单元） ini sxx -10 i=1,20 j=1,20ini syy -5 var 0 4 i=1,21 j=1,211.8 计算Set grav 9.81Set largeStep 1000Save test.sav1.9 结果显示Plot grid 显示网格Plot bo 显示边界Plot plas 显示塑性区Plot sig1 fi 显示最大主应力σ1Plot sig2 fi 显示最小主应力σ2Plot sdif fi 显示主应力差(σ1- σ2)Plot str 显示主应力矢量场Plot xdis fi 显示X方向位移Plot ydis fi 显示Y方向位移Plot disp 显示位移矢量场1.10 保存与调用结果命令Call test.txt (或ca test.dat) 调用数据Save test.sav 保存结果New 重新开始Rest test.sav 调用结果Quit 退出程序2. FLAC运用技巧2.1 模型尺寸2.2 模拟开挖Mod nu i=6,15 j=5,12 (或 region i,j)2.3 模拟锚杆支护（端锚）struct cable begin grid i1,j1 end grid i2,j2 seg n prop 1 stru prop 1 e 2e5 yield 0.5 a 0.235e-3 sbond 0 kbond 0.0001 stru prop 1 sfri 30 peri 0.2723 den 7.5e-32.4 模拟锚杆支护（全长锚固）struct cable begin grid i,j end x,y seg n prop 2stru prop 1 e 2e5 yield 0.5 a 0.235e-3 sbond 0.42 kbond 5.37 stru prop 1 sfri 30 perimeter 0.2723 den 7.5e-32.5 模拟锚杆支护（预应力锚固）struct cable begin grid i1,j1 end i2,j2 seg n ten 10 prop 1 struct cable begin node n1 end x,y seg n prop 2stru prop 1 e 2e5 yield 0.5 a 0.235e-3 sbond 0. kbond 0.1stru prop 1 sfri 0 perimeter 0.2723 den 7.5e-3stru prop 2 e 2e5 yield 0.5 a 0.235e-3 sb 0.42 kb 5.37stru prop 2 sfri 30 perimeter 0.2723 den 7.5e-32.6 模拟断层Mod nu j=37int 1 as from i1,j1 to ,i1,j2 bs from i2,j1 to i2,j2int 1 kn 1000 ks 400 fri 25 c 0.01 t 0.00012.7 其它技巧（1）网格优化（2）先弹性、后塑性（3）分步开挖（4）动力学问题模拟（5）固流耦合问题模拟（6）合理解释结果（7）多种形式输出结果（8）报告格式The purpose of computing is in-sight, not numbers. —FLAC Manuals1. 绕xy平面reflect，则dip= 0，dd=902. 绕xz平面reflect，则dip= 90，dd=03. 绕yz平面reflect，则dip=90 ，dd=270FLAC 的输入和一般的数值模拟的程序不一样, 它可以用交互的方式从键盘输入各个命令, 也可以写成命令文件, 类似于批处理, 由文件来驱动。
FLAC 命令大小写一样。
所有的命令可以附带若干个关键词和有关的数值。
在下面的命令解释中, 只有大写的字母起作用, 小写的字母写不写、写多少个都没有崐关系。
i,j,m 和 n 开始的变量要求整型数, 否则要求实型数。
•实型数的小数点可崐以忽略, 但是整型数不能带小数点。
数值间可以用空格隔开, 空格的数目不限,•也可以用下面的分隔符隔开:( ), / =< > 表示可选的参数, 输入时括号不用输入;... 表示可以有任意个参数。
由 * 号开始到行末为注释, FLAC 在执行时不理会。
下面的 FLAC 命令按字母排列。
Apply 关键词 = 数值 <关键词 = 数值 ...> <范围>可以有下面的关键词:Pressure 压力XForce X-方向的力YForce Y-方向的力ATtach 该命令可以将一条线上的结点和另一条线上的结点互相接合在一起, 用以形成复杂的网格形状。
Call 文件名写成的命令文件可以用 Call 命令来调用, 命令文件的最后一行必须是RETURN, 以返回到交互方式。
命令文件中不能有 CALL 命令本身。
Config 关键词FLAC 用以解平面应变问题, •但经过配置命令也可以用于解平面应力问题或轴对称问题。
需要时应在形成网格之前发。
关键词有:P_STR 平面应力问题AX 轴对称问题CYC n该命令同 STEP, 为执行 n 个时步的循环运算。
Fix X <Mark> <范围>YX Y用此命令可以使 <范围> 内结点的 x- 或 y- 方向的速度保持不变。
<范围> 的格式可以是 I = i1,i2, J = j1,j2; i 和 j •何者先输入没有关系。
如果要求位移固定, 则必须将速度初始化为零 (开始时速度的缺省值为零)。
FIX和 INI XV, YV •可以联合使用以提供一个刚性移动的边界条件。
如果有 MARK 的关键词, 则只有在此范围内被标记的结点将被固定。
FRee X <Mark> <范围>YX Y该命令与 FIX 命令相反, 用于放松对结点的约束。
GEn x1,y1 x2,y2 x3,y3 x4,y4 <Ratio ri rj> <range><Same> <Same> <Same> <Same>用于在全域或局域中产生网格。
(x1,y1)的点放在左下侧, (x2,y2)、 (x3,y3) 和 (x4,y4) 为顺时针排列。
如果点和前一个 GEn 命令中的相同则用 SAME 来代替。
如果网格不是均匀排列, 则用关键词 RATIO,•在 I 和J 方向的比例系数分别为 ri 和 rj.GEn Circle xc,yc radArc xc,yc xb,yb thetaLine x1,y1 x2,y2该命令产生园、弧或直线。
ARC 弧的圆心为 (xc,yc), 起始点为 (xb,yb), 逆时针的角为theta 度CIRCLE 园的中心为 (xc,yc), 半径为 radLINE 直线的两端为 (x1,y1) 和 (x2,y2).用 ARC 等关键词所形成的边界系被标记 (参见命令 MARK 和UNMARK)过, 标记结点所围住的区域在以后用命令 INITAL, MODEL 和 PROPERTY 时可以用关键词 REGION 来说明。
Gen ADJust用此命令来微调网格, 使之离散平滑。
该命令可以连续使用以增进平滑效果的。
Grid icol jrow此命令用以产生数目为 icol 列和 jrow 行的网格。
对于 640k 内存的FLAC 版本, 如用摩尔-库仑的本构模型约可分两千个单元。
Help 帮助命令, 可在屏幕上显示命令表。
His <Nstep=n> <关键词 . . . I=i1 J=j1>每隔 NSTEP 时步, 记录一下关键词所示项目在 i1 和 ji •结点或单元的数值。
NSTEP 的缺省值为 10. 用户应记住所要求 His (历史)•的顺序, 因以后在打印或绘图时要用。
历史值在 FLAC 停止运行时删除, 因此如果要保留的话, 要用到命令 HIS WRITE N (见下面)。
可以用的关键词有:Ang 单元 i,j 内的最小主应力和 X-轴所形成的夹角PP 单元 i,j 内的孔隙压力SIG1 单元 i,j 的最大主应力SIG2 单元 i,j 的最小主应力SXX 单元 i,j 的 xx-应力SYY 单元 i,j 的 yy-应力SXY 单元 i,j 的 xy-应力X 结点 i,j 的 x-坐标Y 结点 i,j 的 y-坐标XDis 结点 i,j 的 x-位移YDis 结点 i,j 的 y-位移Unbal 最大不平衡力XVel 结点 i,j 的 x-速度YVel 结点 i,j 的 y-速度XXA 单元 i,j 三角形 a 的 xx-应力XYA 单元 i,j 三角形 a 的 xy-应力YYA 单元 i,j 三角形 a 的 yy-应力XXB 单元 i,j 三角形 b 的 xx-应力XYB 单元 i,j 三角形 b 的 xy-应力YYB 单元 i,j 三角形 b 的 yy-应力XXC 单元 i,j 三角形 c 的 xx-应力XYC 单元 i,j 三角形 c 的 xy-应力YYC 单元 i,j 三角形 c 的 yy-应力XXD 单元 i,j 三角形 d 的 xx-应力XYD 单元 i,j 三角形 d 的 xy-应力YYD 单元 i,j 三角形 d 的 yy-应力His 关键词关键词可以是:Dump nhis 将第 nhis 的历史写屏;Write nhis 将第 nhis 的历史写在文件 FLAC.HIS 上, •该文件可在 FLAC 结束后打印出来。
