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F l c 3 D 文 流 体 计a 中
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(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
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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
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参数表征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量。其中一个与节点有关的变量
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