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基于 FLAC
3D
的煤层底板破坏规律的数值模拟研究
杨彦利，关英斌，赵巧静，王书刚
河北工程大学资源学院，河北邯郸（056038）
E-mail：yylflight@qq.com
摘 要：FLAC
3D
是以拉格朗日差分法为基础的一种数值模拟应用软件，主要用于岩土力学
工程。近年来 FLAC
3D
在解决三维地质问题中得到了广泛的应用，本文介绍了 FLAC
3D
应用
软件的基本特征、分析步骤及它在煤层底板破坏规律研究上的应用。
关键词：FLAC
3D
软件；数值模拟；底板破坏
中图分类号：TD322.1 文献标识码：A
1. 引言
数值模拟技术就是以计算机软件进行数值分析的一种方法
[1]
。各种数值分析技术的引入
与广泛应用，对促进地学定量研究的发展作出了重要贡献。然而，这些数值分析方法其理论
本身以及采用的算法都有各自的局限性。例如有限元和边界元都有小变形的假设，且需要大
量的内存。近年来发展起来的快速拉格朗日分析（Fast Lagrangian Analysis of Continua，简
称 FLAC），则是在较好地吸取上述方法的优点和克服其缺点的基础上形成的一种新型的数
值分析方法。FLAC
3D
软件由美国 Itasca Consulting Group. Inc 公司于 20 世纪 80 年代开发
并于 20 世纪 90 年代得以广泛利用。目前该软件在国外已被广泛应用于工程地质、岩土力学
以及构造地质学、成矿学、矿业工程等研究领域。其所采用的显式拉格朗日快速算法，特别
适合模拟大变形和扭曲，能使计算结果更趋于准确, FLAC
3D
为解决三维地质工程问题提供了
强有力的支持。
2. FLAC3D 基本特征和解析步骤
2.1 FLAC
3D
软件概述
FLAC
3D
的输入和一般的数值分析程序不同，它可以用交互的方式，从键盘输入各种命
令，也可以写成命令（集）文件，类似于批处理，由文件来驱动。因此，采用 FLAC 程序进
行计算，必须了解各种命令关键词的功能，然后按照计算顺序，将命令按先后依次排列，形
成可以完成一定计算任务的命令文件。FLAC 运算中，网格最大数与计算机的内存相关，64M
内存可用的区带的最大网格数为 240 000
[2]
。
（1）基本特征
①计算地先进性：FLAC
3D
采用 ANSI C++编写，在算法和单元剖分方面，采用显式拉
格朗日显性快速算法和混合-离散分区技术，能够非常准确地模拟材料的塑性破坏和流动。
由于无须形成刚度矩阵，因此，基于较小内存空间就能解决大范围的三维问题。②强大地功
能性：FLAC
3D
软件具有一个功能强大的 3D 网格生成器，有 12 种基本形状的单元体可供选
择，利用这 12 种单元体可构成任何形状的空间立体模型。 同时软件自身还设计有 10 种弹
塑性材料本构模型，有静力、动力、蠕变、渗流、温度五种计算模式，各种模式间可以相互
耦合，可以模拟多种结构形式。此外， FLAC
3D
具有强大内嵌语言 FISH 语言，用户可根据
自身需要定义新的变量和函数，以便适应用户的特殊需要。③界面友好性： FLAC
3D
的操作
提供了命令驱动和菜单驱动两种模式。菜单驱动模式是一种用户界面友好的人机交互方式，
用户可根据自己的需要，对输出到屏幕的模型以及不同图件进行旋转、缩放、移动及颜色的
定制等操作，十分灵活方便。④应用范围广泛：基于 FLAC
3D
的强大地功能性，使它在各个
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