基于三维激光扫描技术的复杂三维地质体建模方法

FLAC3D平台下前处理阶段复杂地质体三维数值计算模型的建立一直是岩土工程数值模拟工作者面临的难题,而三维激光扫描技术在获取复杂物体的精细空间数据的方面具有独特的优势。因此,本文提出以逆向工程为过渡平台实现复杂三维地质体FLAC3D数值模型的构建。利用三维激光扫描技术精细几何数据的获取功能,对复杂三维地质体空间形状几何信息进行提取;利用Geomagic Studio良好的点云数据处理及曲面建模功能,准确地重构了复杂地质体的CAD曲面模型;利用Hypermesh强大的几何处理能力及网格划分能力,将复杂地质体的CAD曲面模型进行实体化和网格化;最后由FLAC3D软件内嵌的Fish语言编制的文件转换为FLAC3D能够识别的文件格式,从而实现了该软件前处理过程中复杂三维地质模型的高效、精准的建立。结合工程实例,对该方法的可行性与仿真效果进行了检验。结果表明该方法具有方便、快捷、合理且实用性强的优点。     

基于Surfer平台的FLAC3D 复杂三维地质建模研究

复杂三维地质体模型的建立一直是FLAC3D软件前处理过程中的一个难题。因此,提出以Surfer软件为过渡平台,通过对地表及岩层分界面三维地质信息的提取、转换,并将Surfer输出的数据经由FLAC3D软件内嵌的Fish语言编制的程序的二次转换,生成FLAC3D软件可以直接读取的模型数据文件,从而实现了该软件前处理过程中复杂三维地质模型的快速、准确建立。同时结合工程实际,检验了该方法的可行性和仿真效果,结果表明,建模过程简捷、实用,可操作性强,是FLAC3D软件前处理的一种新方法。     

基于无人机航测及Rhino-griddle平台的FLAC3D复杂三维地质体建模技术应用

FLAC3D作为ITASCA公司开发的经典岩土数值分析软件,对于复杂三维地质体模型的建立较为困难。本文以甘肃省某滑坡为例,提出以无人机航测影像为基础,采用DJI Terra或者ContextCapture制作可视化三维模型,通过EPS软件提取的等高线在Rhino-griddle平台进行地质体建模,最后将所建模型导入FLAC3D进行稳定性计算,结果表明：基于无人机影像获取的滑坡地形建模与实际地形、地质结构等吻合度极高,能够很好的解决FLAC3D前期建模困难的问题,基于FLAC3D的强度折减法稳定性分析计算结果与滑坡现场实际变形情况基本一致,即将无人机航测应用于复杂三维地质体建模及模型稳定性分析的方法实现了对滑坡发展趋势的快速评价,能够为滑坡等地质灾害的快速、精细化调查与应急分析提供参考。     

复杂开挖过程FLAC3D力学仿真代码生成系统研究

针对直接采用FLAC3D编制复杂开挖过程力学仿真程序所遇到的困难,开发了FLAC3D力学仿真程序代码生成系统(generating code system,简称GCS)。介绍了如何利用矿用地质软件Surpac,按空间、次序、结构功能及工程地质体属性对复杂开挖过程进行剖分,形成可编程的组件;着重解决了模型单元质心定位、单元捕捉、重组和应用程序变量到FLAC3D变量、函数、语句、数据结构之间映射等问题;使用VC++开发并给出了一个特定回采开挖过程的FLAC3D力学仿真代码生成系统实例,该应用程序以模型单元数据库为数据源,通过一系列与用户交互的页面,由用户对回采开挖过程所需步骤和参数进行选择和确认,并将这些步骤和参数传递给仿真代码生成系统,由系统自动完成FLAC3D力学仿真代码的生成。FLAC3D力学仿真程序代码生成系统架起了地质三维几何造型软件与三维计算软件之间的桥梁,可大大提高编制FLAC3D三维力学仿真代码的效率,降低程序编制的出错率,有利于应用FLAC3D软件更为深广地解决复杂岩土开挖过程中的力学问题。     

基于SURPAC的复杂地质体FLAC3D模型生成技术

针对FLAC3D软件在复杂地质体模型构建及单元网格划分等前处理问题上存在的不直观、工作量大等不足,提出了一种新型的基于SURPAC软件的直观、快速的FLAC3D模型生成技术。在利用SURPAC软件构建地质体块体模型的基础上,将模型以数据文件的形式输出,然后对输出的数据文件运用ACCESS数据库进行处理,形成FLAC3D命令流,再将命令流调入FLAC3D软件中执行,从而实现了FLAC3D的直观、快速建模。该建模方法在广西大厂铜坑矿的空区稳定性分析建模中得到了实际应用,结果表明该方法是完全可行的和有效的。     

邓肯-张本构模型在FLAC3D中的开发与实现

根据FLAC3D软件提供的二次开发平台,利用VC++环境在FLAC3D软件中实现了邓肯-张本构模型的开发,设计了一系列三轴试验的模拟算例对模型开发的正确性进行了验证。给出了在FLAC3D中开发本构模型的基本步骤和编程要点,为其他用户进行本构模型的修改提供了借鉴和参考。由于FLAC3D开发环境的特点,用户编写的本构模型和软件自带的本构模型的执行效率处在同一水平。     

基于GOCAD的复杂地质体FLAC^3D模型生成技术

鉴于FLAC3D难以建立复杂三维地质体的缺陷和GOCAD强大的地质建模能力,本文提出了基于GOCAD软件建模和划分网格,并通过GOCAD与FLAC3D的接口程序,将其导入FLAC3D的复杂三维地质体建模方法,从而实现了复杂地质体FLAC3D模型的直观、快速建模。该建模方法在郴宁高速公路某软土地基斜坡高填路堤建模中得到了实际应用,结果表明该方法是完全可行和有效的。     

基于FLAC3D平台的边坡非饱和降雨入渗分析

为研究降雨入渗条件下三维边坡渗流场的变化过程,在全面研究FLAC3D软件渗流分析模块功能及算法的基础上,通过编写FISH函数完善了FLAC3D软件的非饱和渗流计算功能。基于降雨入渗机制的分析,编写了降雨入渗及停雨出渗边界的FISH函数,实现边坡三维降雨入渗过程的模拟。通过降雨条件下算例边坡的饱和非饱和渗流场变化过程的数值计算,研究了降雨入渗引起的边坡暂态饱和区变化过程,并与已有研究成果进行对比分析,从而验证了自编FISH函数实现边坡三维非饱和渗流计算结果的正确性。研究成果表明,文中提出的边坡三维非饱和降雨入渗分析是可行的,同时也为三维边坡非饱和渗流场的研究提供了一条有益的途径。     

深基坑开挖与支护模拟仿真分析

运用FLAC3D软件中的Mohr-Coulomb本构模型对北京市某高层住宅楼基坑工程进行了数值模拟分析,对基坑开挖、失稳破坏、边坡支护进行了评价,并对模拟结果与实测结果进行了对比,分析了基坑变形、失稳破坏和支护过程。研究表明,FLAC3D软件中的Mohr-Coulomb本构模型能够方便、准确地模拟基坑开挖、边坡的大位移失稳破坏、边坡的支护过程,其计算结果安全可靠。分析结果也证实了FLAC3D在基坑工程数值模拟方面具有良好的适应性。     

基于MLS的FLAC3D复杂三维地质建模

针对岩土力学分析软件FLAC3D建模效率较低的不足之处,在分析FLAC3D建模命令以及网格模型＊.FLAC3D文件格式特点的基础上,介绍了空间坐标变换、MLS插值的方法与意义,并提出了新的建模方法,开发了相应的计算机辅助建模程序.该程序直接读取原始数据点,无需借助第三方软件,通过坐标变换、MLS插值,可快速生成具有复杂边界的地质模型,且便于材料参数和应力边界条件参数的赋值,可有效地提高工作效率.     

土质边坡的饱和−非饱和渗流分析及特殊应力修正

基于连续多孔介质原理与混合体原理引入流?固耦合模型,采用FISH语言编制程序,建立了初始渗流场设置函数、饱和?非饱和渗流分析模块、特殊应力修正模块以及非饱和单元抗剪强度修正模块,实现了利用FLAC3D进行饱和?非饱和渗流分析,同时基于饱和?非饱和渗流场修正非饱和区土体单元的有效应力以及抗剪强度,完成了将FLAC3D中饱和土流?固耦合计算原理扩展到非饱和土中。在二次开发的分析模块基础上对Liakopoulos砂柱排水试验进行数值模拟,验证了计算模型和计算程序的正确性。同时也研究了降雨入渗对土质边坡的渗流场、位移场以及稳定性演变过程的影响,揭示了降雨诱发边坡失稳的机制。     

层状盐岩体三维Cosserat介质扩展本构模型的程序实现

对层状盐岩体内的油（气）储存硐室进行稳定性计算时,如何选用恰当的本构模型来反映层状盐岩体的特点是至关重要的。针对我国大多数盐矿为多层盐岩的地质构造特征,基于宏观平均意义下的考虑细观弯曲效应的三维Cosserat介质扩展本构模型,结合FLAC3D软件的主要计算思路,使用VC++平台开发了该模型的FLAC3D接口程序,并编译成动态链接库DLL文件。经算例验证,该程序的计算结果可靠,不仅可以考虑不同力学特性的岩层先后破坏引起复合体单元的渐进损伤破坏,而且引入了夹层体积含量等统计参数后可大大节省单元网格数量,为大型层状岩体内的地下硐室稳定性数值模拟计算奠定了基础。     

基于CAD图形的FLAC3D三维建模

ＦＬＡＣ3Ｄ软件具有强大的模拟及计算功能,目前已成为主要的岩土工程分析软件之一,但由于其模型建立方面存在较大的复杂性,使许多初学者对该软件望而却步。作者通过使用arcgis、ansys等辅助软件,对ＣＡＤ图形如何最终在FLAC3D中建立三维模型的方法进行详细介绍,为FLAC3D模型建立开拓一条相对简单的方法。     

统一弹塑性本构模型在FLAC3D中的计算格式

统一强度理论是一个有着坚实理论基础、可表达各种岩土材料强度特性且被广泛应用的新的强度理论。FLAC3D是一个具有强大的计算分析功能且专门针对岩土工程问题开发并被广泛应用的数值分析软件。若能将二者结合起来,无疑会大大促进岩土工程领域相关问题的解决。针对这一问题,研究了统一弹塑性本构模型在有限差分方法中应用的基本理论格式。根据FLAC3D软件中UDM接口计算格式的要求,将统一强度理论引入其中,详细推导了统一弹塑性本构模型在FLAC3D软件中应用的计算公式。由于统一屈服面在应力空间内由12个面组成,在应力角为[0,π/3]的范围内,统一屈服面由两个相交面组成,为计算塑性因子及处理计算中应力超出屈服面的应力调整问题,利用应力角分析了应力空间的分区,推导了区域分界面的公式。最后,编制了相应的UDM接口程序对一圆形隧洞进行了弹塑性分析,对比了计算结果与解析解,结果很好地验证了此计算格式及相应接口程序的正确性。统一强度理论和FLAC3D软件的结合,将使二者的优点得以充分发挥,以解决更多的岩土工程问题。     

油罐地基流变变形数值计算与分析

采用FLAC3D所提供的二次开发程序接口,研制了改进的Burgers模型数值计算程序,并将该流变模型计算数值程序嵌入FLAC3D,对ST102大型油罐软土地基在充水预压过程中的流变变形进行数值模拟计算,计算结果与实测结果进行了对比,对比结果显示数值计算结果与实测结果相接近,证明了改进的Burgers流变模型及其参数的合理性.     

正交各向异性剪切屈服准则研究及其数值实现

以各向同性Mohr-Coulomb剪切屈服准则为基础,研究了各向异性剪切屈服准则的一般理论方法。在此基础上,对正交各向异性的剪切屈服准则及其数值实现方法进行了研究,利用FLAC3D数值分析软件中的FISH语言编制了相应的计算程序,并引入FLAC3D中。理论分析和数值计算分析表明,正交各向异性剪切屈服准则与3个主应力均有关,各向同性剪切屈服准则为其特例,各向异性材料的屈服面不一定与最大剪应力面重合。     

FLAC 3D 强度折减理论在边坡稳定分析中的应用

FLAC3D 是岩土工程中广泛应用的软件。本文主要介绍强度折减理论的基本原理,利用基于强度折减法的FLAC3D 软件,对某高速公路K377 + 230 ～ K377 + 520 段滑坡体进行数值模拟。计算边坡在自重作用达到初始化平衡状态时,边坡的横向与竖直方向的应力与位移,分析出边坡的破坏机制为牵引式滑坡,通过强度折减理论计算出边坡的稳定系数为0. 97,由剪切应变增量云图确定边坡的滑动面。     

CFG桩复合地基的数值模拟分析

运用FLAC3D软件,分析了CFG桩复合地基的沉降变形和应力变化特征,验证了FLAC3D软件在CFG桩复合地基的数值分析中的可靠性,并对今后CFG桩地基处理工程的设计和施工提出了建议.     

砂土液化大变形模型在FLAC3D中的开发与应用

通过FLAC3D二次开发平台,在VC++环境下实现了基于砂土液化大变形机制的变动映射中心边界面弹塑性模型的二次开发。基于饱和砂土液化大变形本构理论,该模型符合三维应力空间边界面映射规则,并引入临界状态变量,可实现对不同密度和围压状态下砂土液化大变形分析。针对FLAC3D程序混合离散技术与数据调用模式和模型的体积相容性条件,测试分析了将模型采用不同植入方案的计算稳定性,开发了在FLAC3D混合离散技术下不同子区共享映射中心,进入与离开液化状态保持同步的开发方案,并给出模型开发的关键技术与实施方法。利用开发的模型,对饱和砂土开展了不排水/排水/循环三轴试验与不排水循环扭剪试验模拟,及三维地基的动力反应分析。计算结果表明,模型及所开发程序具有很好的模拟与分析砂土液化后大变形的能力。     

某滑坡蓄水后的三维稳定性数值分析

通过有限差分软件FLAC3D对滑坡进行了三维稳定性计算和分析,采用强度折减法计算出蓄水边坡的安全系数。计算结果表明:该滑坡在蓄水条件下,整体仍处于稳定状态,只是在相对较陡的滑坡体前缘和库水位淹没区,蓄水后可能会产生小规模失稳。边坡采用强度折减法计算的安全系数为1.20。