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FLAC3D 中的边界位移问题

计算岩土力学

6月前浏览1602

1. 问题的提出

FLAC3D模拟遇到了边界位移(Boundary displacement)问题。使用莫尔-库仑模型达到平衡后，将所有位移初始化为零，并固定边界处的网格点位移。开始开挖隧道后，观察到边界处的位移不断增加。

2. 边界位移

(1) FLAC3D 允许在数值模型中设置边界条件，边界条件包括在数值网格边界处规定的场变量值（如应力和位移）。可应用于边界的力学条件主要有两种：规定位移或规定应力。

(2) 为了对边界施加给定的位移，必须固定边界，并规定边界在给定步数下的速度。然而，在动态问题中，这样的边界条件会导致向外传播的波反射回模型，无法进行必要的能量辐射。

正确的模拟步骤如下：

(1) 在允许边界产生垂直位移的情况下让模型达到平衡状态；

(2) 将所有位移初始化为零;

(3) 固定边界的网格点位移；

(4) 开始开挖模拟。

为了在边界上施加给定的位移，有必要固定边界，并在给定的时步内设定边界的速度。如果所需的位移量为 D，则在时间增量 T（例如 D = V T）内应用速度 V，其中 T = Δt N，Δt 为时间步长，N 为时步数（或循环数）。在实际应用中，V 应保持较小，N 应保持较大，以尽量减少模拟系统的震荡。

(1) Boundary Conditions边界条件

(2) Displacement Boundary位移边界

(3) Dynamic Modeling Considerations 动态模拟注意事项

(4) Problem Solving with FLAC3D 使用 FLAC3D 解决问题

3. 初始化位移

(1) 使用下面的命令初始化位移：

zone initialize displacement-x 0zone initialize displacement-y 0zone initialize displacement-z 0

这些命令将把整个网格中 x、y 和 z 方向的位移分量设置为零【自重引起的初始应力(zone initialize-stresses)】。

(1) Initial Conditions 初始条件

(2) Tips and Advice 提示和建议

(3) Modeling Guidelines 模拟指南

(4) Tutorial: Illustrative Model - Mechanics of Using FLAC3D 教程：演示FLAC3D 的机理

4. zone face apply-remove命令

该分析是隧道面压力下的盾构分析。因此在边界位移的情况下，压力应该只作用在隧道面上，但由于压力也作用在边界面上，所以似乎发生了奇怪的边界位移。可以通过使用 "zone face apply-remove"命令【FLAC3D的自由场边界(Free-Field Boundaries)】或调整施加压力的范围来解决这个问题。

zone face apply-remove命令可用于移除单元面施加的条件。如果提供了可选的范围，则只从范围内的面移除条件。以下是使用方法：

zone face apply-remove <keyword> <range>

FLAC3D 允许指定水位平面或用于确定水面位置的几何集,可以使用 "zone water "命令初始化孔隙压力，改变有效应力。

(1) zone water【FLAC2D 9.0 孔隙压力(Pore Pressure)】

(2) Recommended Steps for Seismic Analyses

(3) Boundary Conditions

(4) Initial Conditions

(5) Tips and Advice

(6) zone face apply【fish-local的使用方法】

(7) zone apply-remove【秘鲁暴雨诱发的滑坡(Peru landslide)造成重大损失 | Fluid-Mechanical Interaction】

来源：计算岩土力学