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第1章 岩土工程数值方法简介1

1．1 数值分析方法概述1

1．2 三维快速拉格朗日分析的数学模型3

1．2．1 空间导数的有限差分近似3

1．2．2 节点运动方程4

1．2．3 增量形式的本构方程6

1．2．4 时间导数的有限差分近似7

1．2．5 阻尼力7

1．2．6 有限差分法7

1．3 常用数值计算软件对比8

1．3．1 FLAC3D软件8

1．3．2 3DEC特性简介10

1．3．3 FLAC法和有限元法的优缺点11

1．3．4 ABAQUS、ANSYS、FLAC3D的比较13

1．4 数值分析在岩土工程分析中的地位13

1．5 本章小结15

第2章 FLAC3D快速学习16

2．1 安装启动程序16

2．1．1 组件16

2．1．2 应用程序和图形处理设备16

2．1．3 启动软件17

2．1．4 程序的初始化18

2．1．5 运行FLAC3D18

2．2 基本操作18

2．2．1 常用命令的使用18

2．2．2 基本术语25

2．2．3 有限差分网格27

2．2．4 命令语法27

2．2．5 对象的命名28

2．3 用FLAC3D问题分析过程29

2．3．1 简单网格的生成30

2．3．2 定义材料模型33

2．3．3 设定边界和初始条件35

2．3．4 初始平衡状态39

2．3．5 保存和恢复某个状态42

2．3．6 常用命令总结45

2．3．7 符号约定46

2．3．8 文件类型47

2．4 本章小结48

第3章 FLAC3D中的参数化设计语言——FISH49

3．1 代码的编写规范49

3．1．1 命名规则49

3．1．2 代码书写50

3．1．3 程序注释50

3．1．4 格式化及缩排51

3．2 数据类型51

3．2．1 数值型数据类型52

3．2．2 字符型数据类型52

3．2．3 指针型数据类型52

3．3 变量与函数53

3．3．1 变量53

3．3．2 函数的创建53

3．3．3 函数的调用54

3．4 运算符55

3．4．1 算术运算符55

3．4．2 字符串运算符56

3．4．3 关系运算符57

3．5 表达式57

3．5．1 表达式的组成57

3．5．2 表达式的书写规则57

3．5．3 复合表达式的运算顺序58

3．6 程序控制结构58

3．6．1 顺序结构58

3．6．2 选择结构59

3．6．3 循环结构63

3．6．4 其他结构控制语句65

3．7 数组67

3．7．1 一维数组67

3．7．2 多维数组68

3．8 文件系统69

3．8．1 文件的打开和关闭69

3．8．2 文件的写操作70

3．8．3 文件的读操作72

3．9 应用实例73

3．9．1 前处理程序73

3．9．2 计算分析程序74

3．9．3 后处理程序76

3．10 本章小结82

第4章 FLAC3D自定义本构模型方法83

4．1 概述83

4．2 损伤演化本构模型84

4．2．1 裂隙岩体本构关系84

4．2．2 压应力作用下裂隙岩体损伤柔度张量85

4．2．3 拉应力作用下裂隙岩体损伤柔度张量86

4．2．4 损伤度87

4．3 裂纹损伤演化自定义本构模型87

4．4 隧道开挖损伤演化模拟102

4．4．1 计算模型与方法103

4．4．2 模拟结果分析104

4．5 本章小结107

第5章 FLAC3D建模方法108

5．1 简单网格的建立108

5．1．1 基本网格的形状108

5．1．2 单元网格的生成110

5．1．3 网格的连接113

5．1．4 简单网格模型的建立116

5．2 其他网格模型的导入118

5．2．1 FLAC3D网格的数据格式118

5．2．2 ANSYS网格模型的导入119

5．2．3 ABAQUS网格模型的导入131

5．3 复杂模型的建立131

5．3．1 实体单元的建立132

5．3．2 结构单元的建立136

5．3．3 后处理141

5．4 本章小结145

第6章 典型岩土力学问题FLAC3D模拟146

6．1 锯齿结构面直剪试验模拟146

6．1．1 模型建立146

6．1．2 节理面特性154

6．1．3 模拟结果与讨论155

6．2 层状岩体压缩特性模拟163

6．2．1 数值计算模型163

6．2．2 层状岩体破坏机理的理论分析168

6．2．3 单轴压缩模拟分析169

6．3 本章小结179

第7章 FLAC3D在基坑工程中的应用180

7．1 FLAC3D基坑模拟基本方法180

7．1．1 模型尺寸与边界条件180

7．1．2 初始应力条件181

7．1．3 本构模型选择181

7．1．4 修正剑桥模型183

7．1．5 基坑支护结构模似188

7．1．6 模拟步骤及收敛判断193

7．2 应用实例一：内支撑支护基坑数值模拟194

7．2．1 计算模型及参数194

7．2．2 支护结构及接触参数195

7．2．3 施工工况模拟步骤196

7．2．4 计算结果及分析197

7．2．5 计算命令202

7．3 应用实例二：土钉支护基坑数值模拟206

7．3．1 工程概况206

7．3．2 计算模型及参数206

7．3．3 施工工况模拟步骤208

7．3．4 计算结果及分析209

7．3．5 计算命令215

7．4 本章小结218

第8章 FLAC3D在边坡工程中的应用219

8．1 边坡稳定性的强度折减法分析219

8．1．1 强度折减法的基本原理219

8．1．2 计算模型介绍220

8．1．3 边坡失稳判据221

8．2 边坡滑动面确定方法及稳定性影响因素研究229

8．2．1 滑动面确定方法229

8．2．2 粘结力的影响234

8．2．3 内摩擦角的影响236

8．2．4 抗拉强度的影响238

8．2．5 剪胀角的影响238

8．2．6 弹性模量的影响244

8．3 Mohr-Coulomb准则在层状边坡稳定性分析中的应用248

8．3．1 地质概况248

8．3．2 失稳机制248

8．3．3 数值计算方法249

8．3．4 分析与讨论252

8．4 Hoek-Brown准则在三维边坡稳定性分析中的应用256

8．4．1 工程概况256

8．4．2 数值模型257

8．4．3 监测点布置261

8．4．4 计算分析266

8．5 本章小结269

第9章 FLAC3D在桩基工程中的应用270

9．1 接触面单元271

9．1．1 FLAC3D中接触面的基本理论271

9．1．2 接触面几何模型的建立273

9．1．3 接触面常用命令275

9．1．4 interface和attach276

9．2 单桩静荷载试验模拟279

9．2．1 问题描述279

9．2．2 模型建立281

9．2．3 加载方式282

9．2．4 影响因素分析285

9．3 群桩静荷载试验模拟291

9．3．1 问题描述291

9．3．2 模型建立292

9．3．3 群桩受力模拟298

9．3．4 数据后处理299

9．4 单桩水平荷载试验模拟303

9．4．1 问题描述303

9．4．2 水平荷载试验模拟305

9．4．3 数据后处理310

9．5 群桩抗拔试验模拟及其应用316

9．5．1 问题描述316

9．5．2 模型的建立及参数选择318

9．5．3 影响因素分析319

9．5．4 工程实例验证320

9．6 桩基负摩阻力模拟及其应用326

9．6．1 问题描述326

9．6．2 模型建立及参数选择327

9．6．3 数值模拟与模型试验结果的对比分析328

9．6．4 影响因素分析335

9．6．5 工程实例验证341

9．7 常用命令总结343

9．8 本章小结345

第10章 FLAC3D在隧道工程中的应用346

10．1 隧道简介346

10．2 山区公路隧道渗流病害特征调研347

10．2．1 工程概况347

10．2．2 围岩裂隙发育情况统计348

10．2．3 隧道渗漏水及其相关病害现象特征349

10．3 山岭公路隧道的三维流固耦合分析351

10．3．1 FLAC3D流固耦合计算原理简介352

10．3．2 公路连拱隧道流固耦合作用的数值分析353

10．3．3 连拱隧道流固耦合作用的影响因素分析364

10．3．4 偏压条件下连拱隧道围岩渗流场分析376

10．3．5 分离式隧道围岩流固耦合分析380

10．4 本章小结385

第11章 FLAC3D在采矿工程中的应用386

11．1 我国资源开采工作现状386

11．2 采矿工程需要解决的主要问题389

11．3 FLAC3D可解决的采矿工程中问题391

11．4 FLAC3D数值模拟研究的关键392

11．5 上保护层开采问题394

11．6 采空区下布巷问题402

11．7 露天边坡开挖稳定问题409

11．8 小结413

附录A FLAC3D命令一览414

附录B FLAC3D的FISH保留字423

附录C 岩土工程常用参数经验值428

参考文献432