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Flac3D 中文流体计算

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Flac3D 中文手册

FLAC3D的计算模式中是否需要做孔压分析取决于是否采用config fluid命令。

1 无渗流模式(不使用config fluid)

即使不使用命令config fluid,仍然可以在节点上施加孔压。这种模式下,孔压将保持为常量。如果采用塑性本构模型的话,材料的破坏将由有效应力状态来控制。

节点上的孔压分布可由initial pp命令或water table命令来设定。

如果采用water table命令,由程序自动计算水位线以下的静水孔压分布。此时,必须施加流体密度(water density)和重力(set gravity)。流体密度值和水位位置可以用命令print water显示。如果水位线是由face关键字来定义的,则可用命令plot water命令显示水位。

这两种情况,单元的孔压都由节点孔压值平均求出,并在本构模型计算中用作有效应力。这种计算模式下,体积力中不反映流体的出现:用户必须根据水位线以上或以下相应地指定干密度和湿密度。使用命令print gp pp和priint zone pp可分别得到节点或单元孔压。plot contour pp命令可绘出节点孔压云图。 2 渗流模式(使用config fluid)

如果使用命令config fluid,则可进行瞬时渗流分析,孔压改变和潜水面的改变都可能出现。在config fluid模式下,有效应力计算

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(静态孔压分布)和非排水计算均被执行。除此之外,还可进行全耦合分析,这种情况下,孔压改变将使固体产生变形,同时体积应变反过来影响孔压的变化。

如果采用渗流模式,单元孔压仍由节点孔压平均求出。但这种模式,用户只能指定干密度(不论是水位以上还是以下),因为FLAC3D将流体的影响考虑到了体积力的计算中。

采用渗流模式时,渗流模型必须施加到单元上,使用命令model fl_isotropic模拟各向同性渗流,model fl_anisotropic模拟各向异性渗流,model fl_null模拟非渗透物质。注意,力学模型为空的单元并不代表渗流模型为空。

流体性质(参数)可施加到单元或节点上。各向同性渗透率、孔隙率、比奥系数和非排水热系数等单元流体性质由命令property施加。 对于各向同性渗流,渗透率通过perm关键字赋予。对各向异性渗流,渗透率的3个主值采用关键字k1,k2,k3赋予,主方向由关键字fdip,fdd,frot确定。渗透率的主方向服从右手系统。fdip和fdd分别为k1和k2确定的平面的倾向和倾角。frot为k1轴和倾角矢量的旋转角。如果不特别指定,比奥系数默认为1,孔隙率默认为0.5。节点的渗流性质由命令initial指定。这些性质包括流体重度、流体体积模量、比奥模量、流体抗拉强度和饱和度。每种性质在空间上都可以变化。流体重度也可以用water命令给出。

在渗流模式里,有必要知道可压缩性被定义在以下两种参数中:(1)比奥系数和比奥模量;(2)流体体积模量和孔隙率。第一种参数表征

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的是固体颗粒的可压缩性(对不可压缩颗粒,比奥系数设为1)。对第二种参数,固体颗粒被认为是不可压缩的。

单元属性可由命令print zone property显示,节点属性由print gp命令显示。流体重度,如果随着水位位置被确定,则可由print water命令显示。渗流性质可由命令plot bcontour property显示。对于各向异性渗流,渗透率的各球形分量可通过使用单元的属性关键字kxx,kyy,kzz,kxy,kxz,kyz来显示(注意,这些球形分量不可被直接初始化)。

初始节点孔压分布的施加对于渗流模式和非渗流模式都是一样的(如,要么用initial pp命令或用water table命令)。在指定节点可用命令fix pp或free pp对孔压固定或释放。流体涌入或渗漏或可由命令apply施加。

渗流计算由命令set fluid和solve控制。如,set fluid on或off命令开启或关闭渗流计算模式。具体使用开启或关闭模式取决于渗流分析的耦合程度。

渗流分析结果以下面这些命令给出。命令print gp pp和print zone pp分别给出节点和单元孔压。节点和单元孔压历史可由命令histroy gp pp和命令history zone pp进行监测。对于瞬时计算,孔压与时间的关系可由命令history fltime监测。命令plot contour pp绘出节点孔压云图。命令plot contour saturation绘出饱和度云图。命令plot fluid绘出流量矢量图。渗流模式的所有信息由命令print fluid命令给出。FISH还提供了一些渗流变

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