本書的體系結構主要從實用性方面進行考慮的。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面。本書深入淺出的介紹了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了介紹，并對相應命令流進行了較為詳細的說明，以使讀者能快速入門。同時，本書給出了基礎工程問題、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。
FLAC/ FLAC 3D 是面向土木建筑、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系統, 已在全球得到廣泛應用, 在國際巖土工程學術界和工業界贏得廣泛的贊譽。目前, FLAC/ FLAC 3D 已逐漸成為我國巖土工程界發展最快、影響最大的軟件系統之一。
本書深入淺出地介紹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, 本書又較系統、簡明地闡述了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, 闡述了FLAC / FLAC 3D 的計算原理; 然后在介紹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; 最后通過若干具體工程實例, 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。具體表現為:①簡要地介紹了FLAC / FLAC 3D 有限差分原理; ②詳細介紹了FLAC / FLAC 3D 的材料模型、結構單元, 以及FISH 語言, 并在此基礎上對FLAC / FLAC 3D 的簡單實例進行了詳細分析;③對巖土工程中的邊坡工程、深基坑工程、隧道工程等進行了實例分析, 詳細闡述了建模過程、計算方法, 并對結果進行了分析。二是理論聯系實際, 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 提供了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巖土工程數值計算、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、李冬曉、李彬如、賀鵬、關辰龍、劉顯寬、劉項、劉仁江、吳晨浠、屈海波、胡和濤、許偉杰、王帥等在資料整理、插圖繪制等方面做了大量的工作, 在此一并致謝。
衷心感謝美國Itasca 國際咨詢公司副總裁Roger Hart 博士, FLAC / FLAC 3D 系統的開發者、美國工程院Peter Cundall 院士, 美國明尼蘇達大學Charles Fairhurst 院士, 英國諾丁漢大學余海歲院士, 香港大學岳中琦教授, 清華大學楊強教授, 山東科技大學宋振騏院士, 中國建筑一局發展有限公司周予啟總工程師, 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。
本書得到了國家自然科學基金( 41472259、51274209、50974126、50674095、50304012、51508556)、教育部新世紀優秀人才資助項目(NCET-08-0835)、“十二五” 國家科技支撐計劃專題(2012BAK24B0201) 的資助, 在此表示衷心感謝。
希望本書能對我國巖土工程的教學、科研與咨詢評價工作有所幫助, 這也是作者最大的愿望。由于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
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 的基本特征 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 平面問題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 二維巖石錨桿(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 基于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 單元節點編號和面的方向約定 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 模型狀態的輸出 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、變量名和潛在的沖突 94
4. 1. 3 變量作用范圍 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 算術表達式和類型轉換 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 控制語句 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/輸出程序 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 傾斜節理的產生 116
5. 5 簡單邊坡的生成 117
5. 6 二級網格的連接 118
5. 7 關于破壞的解釋 120
5. 8 地表沉降計算分析 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 網格的合并連接 126
6. 3 界面的形成 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 交界面的合并連接問題 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 鉆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 邊坡穩定性系數的求解 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 巖石邊坡穩定性分析 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 豎向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
新書資訊