FLAC2D 9.0新的研发进展(Beta版发布)

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1 引言

昨天晚上在《计算岩土力学》群内简要介绍了Itasca即将推出的新版本9.0，包括FLAC2D、FLAC3D、PFC2D、PFC3D、3DEC以及新包装的用于崩落采矿模拟的软件MASSFLOW 。本文主要讨论FLAC2D。

经典的FLAC利用显式有限差分公式求解岩土工程问题，能够模拟由多阶段组成的大位移和大应变问题、非线性材料行为以及不稳定的系统(大面积屈服/破坏或完全坍塌)。与FLAC3D相比，二维FLAC建模更容易，而且计算速度快，得出的结果基本能满足工程设计需求。因此，FLAC一直是岩土工程师偏爱的分析工具。

应当指出的是，即将推出的FLAC2D 9.0是FLAC3D 9.0的2D版本，不是FLAC二维经典版8.1的升级。FLAC2D 9.0有两个显著特点：第一个特点是它的运行界面与FLAC3D基本相同；第二个特点是增加了许多新的功能。本文首先简要讨论了FLAC的过去，然后介绍了FLAC2D 9.0的主要特点。

2 FLAC的过去

FLAC是Itasca系列软件中最早商业化的，于1986年正式作为商业软件对外发布。在此之前，只在Itasca公司和明尼苏达大学土木工程系内部研究使用，大约在1990年，FLAC开始传入中国的高校---FLAC 2.25版本，影响了一大批从事岩石力学和土力学的研究人员，这个版本在中国流传了至少10年。下图所示的是FLAC的发展简史。

FLAC的工具栏基本上是按照工作流程排列的，【Build】工具用于产生模型的基本形状，【Alter】工具用来划分网格以及改进模型内部的一些几何属性，例如增加界面元用来模拟节理或断层，【Materials】工具用来定义材料参数值，【In Situ】工具用来设置边界条件，【Utility】工具用来产生history, 输入table, 使用FISH等，【Structure】用来定义支护参数，假如模型中有支护；【Settings】用来设置模型运行的一些参数，例如重力加速度等，【Plot】工具用来设置图形输出，【Run】工具用来运行数据文件。

FLAC的本构模型已经发展的很完善，能够满足大多数岩土工程项目的需求，包括：

(1) 弹性模型：

  Elastic, Isotropic ModelElastic, Transversely Isotropic Model

(2) 塑性模型：

Drucker-Prager ModelMohr-Coulomb ModelUbiquitous-Joint ModelStrain-Hardening/Softening ModelBilinear Strain-Hardening/Softening Ubiquitous-Joint ModelDouble-Yield ModelModified Cam-Clay ModelHoek-Brown ModelModified Hoek-Brown ModelCap-Yield (Cysoil) ModelSimplified Cysoil (Chsoil) ModelSwell ModelNorSand modelSoft-Soil ModelSoft-Soil-Creep ModelPlastic-Hardening Model with Small-Strain Stiffness

FLAC还有四个附加模块：动力分析，蠕变分析，两相流和热分析。此外，假如只做普通的边坡稳定性分析，直接使用FLAC-Slope就可以完成，操作简单。

3 FLAC的现在

自从FLAC诞生以来，一直使用(i,j)空间，新的FLAC2D9.0不再使用(i,j)索引，网格点由它们的ID、空间位置和组名来识别，网格可以是结构化的，也可以是非结构化的。FLAC2D使用的命令和FISH已经与FLAC3D相同。除此之外，FLAC2D 9.0增加了FLAC3D中的部分功能，包括：

(1) 离散断裂网络DFN【Fracman读取FLAC3D生成的离散断裂网络(DFN)模型】

(2) Geometry输入【Itasca几何数据交换文件---Geometry Files】

(3) 多线程FISH【Itasca软件的多线程处理(multi-thread processing)】

(4) cycling期间的全局FISH监测【FLAC3D 7.0 新特性简介(P2)---FISH的显著改进】

(5) Python集成【FLAC3D与Python的集成 (1)---简述】

(6) 与PFC2D耦合

经典版中的两相流(two-phase), 轴对称(axisymmetry)以及重新划分网格(remeshing)功能目前在新版中还没有实现。

下面是FLAC2D 9.0已经实现并可以测试的主要功能:

(1) Model/geometry creation logic using Sketch pane or using commands and FISH. FLAC2D has two basic zone types – quadrilaterals and triangles. Any shape/geometry can be automatically filled with these zones using structured and/or unstructured meshing capabilities in Sketch.【Griddle---数值模拟的高级网格划分工具(Advanced Meshing Tools for NM)】

(2) Static mechanical analysis

(3) 2D interfaces and attach logic

(4) Nodal mixed discretization logic (used for meshes containing triangular elements/zones)

(5) Dynamic analysis

(6) Fluid flow logic (single phase)

(7) Thermal logic

(8) Creep logic

(9) Factor of safety analysis (FLAC2D FOS results may be slightly different / more conservative than FLAC Classic due to improvements in zone stiffness stability calculations).

(10) 2D elastic structural elements: Beams, Piles, Cables; SEL zone linking. Note: SEL Dynamics and Thermal logic is currently under development

(11) Constitutive models: all constitutive models available in FLAC3D are present in FLAC2D as well. However, MohrT and P2PSand models require additional validation and potential correction for plane strain conditions.

(12) Seamless coupling with PFC2D (same way as FLAC3D couples with PFC3D); users must have active licenses for both codes to enable this functionality.

(13) Logic for axisymmetry (mechanical only) is currently under development and may be included in future updates and/or final release.

4 举例

首先使用FLAC2D的图形设计功能产生模型的几何形状geometry，然后使用与FLAC3D相同的命令运行。

model newmodel restore "geometry"model large-strain off; Constitutive Model and Propertieszone cmodel assign mohr-coulombzone property bulk 1e9 shear 7e8 density 2e3zone property cohesion 8e4 friction 30 tension 1e4; Boundary Conditionszone face apply velocity-normal 0 range group "West" or "East"zone face apply velocity-normal 0 range group "Bottom"; Initial Conditionsmodel gravity 9.81zone initialize-stresses ratio 0.7 1.0; Solve to initial equilibriummodel solvemodel save "initial"; Excavate Tunnelzone relax excavate range group "tunnel"; Solve to equilibrium after excavationmodel solve convergence 1model save "excavation"

来源：计算岩土力学

Meshing 断裂非线性岩土 PFC FLAC3D 3DEC 材料

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首次发布时间：2022-12-03

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