Itasca

浙江中科依泰斯卡巖石工程研發(fā)有限公司（英文: HydroChina—ITASCA R&D Center）系ITASCA國(guó)際集團(tuán)于2011年在華設(shè)立的分支機(jī)構(gòu)，旨在引進(jìn)國(guó)際巖土咨詢機(jī)構(gòu)運(yùn)營(yíng)理念，聯(lián)合國(guó)際和國(guó)內(nèi)頂級(jí)水平技術(shù)力量打造具有國(guó)際水準(zhǔn)、服務(wù)于工程建設(shè)的科研和開發(fā)團(tuán)隊(duì)，在中國(guó)開創(chuàng)商業(yè)化的工程研發(fā)新機(jī)制。 2100433B

Itasca系列軟件巖土工程專業(yè)軟件,包括FLAC2D、FLAC3D、UDEC、3DEC、PFC2D、和PFC3D，這些程序的共同特點(diǎn)如下：

針對(duì)巖土體問題開發(fā)、但不限于巖土體問題 可以解決大變形、甚至幾何形態(tài)破壞問題 可以追蹤記錄破壞過程 多種巖土本構(gòu) 地質(zhì)結(jié)構(gòu)面模擬 真時(shí)間歷程動(dòng)力模擬 地下水模擬 內(nèi)置外接程序語言滿足用戶特定要求

FLAC2D/FLAC3D 巖土體工程高級(jí)連續(xù)介質(zhì)力學(xué)分析軟件

UDEC/3DEC 高級(jí)非連續(xù)力學(xué)分析軟件

PFC2D/PFC3D 為類巖土材料和粒狀系統(tǒng)設(shè)計(jì)的2D/3D微觀力學(xué)離散元分析軟件

第一章 緒論

第一節(jié) 數(shù)值模擬發(fā)展及其現(xiàn)狀

第二節(jié) 巖土及采礦工程問題特點(diǎn)及數(shù)值模擬方法

第二章 Itasca軟件特點(diǎn)及數(shù)值模擬方法

第一節(jié) Itasca軟件及其特點(diǎn)

第二節(jié) Itasca軟件數(shù)值計(jì)算方法

第三節(jié) 巖土和采礦工程問題的數(shù)值模擬步驟

第三章 模型邊界的合理確定

第一節(jié) 開采引起的覆巖移動(dòng)變形規(guī)律

第二節(jié) 單個(gè)巷道的影響范圍

第三節(jié) 采動(dòng)影響下模型邊界位置的合理確定方法

第四節(jié) 模型邊界位置對(duì)模擬結(jié)果的影響分析

第四章 模型邊界條件及初始應(yīng)力場(chǎng)的合理確定

第一節(jié) 模型邊界條件的類型及其選擇

第二節(jié) 采動(dòng)影響的模型邊界條件

第三節(jié) 模型邊界條件對(duì)模擬結(jié)果的影響分析

第四節(jié) 初始地應(yīng)力場(chǎng)的確定

第五章 巖體力學(xué)特性及其參數(shù)確定

第一節(jié) 巖體的力學(xué)特性

第二節(jié) 巖石與巖體力學(xué)參數(shù)的關(guān)系

第三節(jié) 巖石(體)力學(xué)參數(shù)的合理確定

第六章 軟巖硐室圍巖作用關(guān)系分析

第一節(jié) 工程概況

第二節(jié) 硐室圍巖間接觸關(guān)系反分析

第三節(jié) 支護(hù)與圍巖的相互作用關(guān)系分析

第四節(jié) 軟巖巷道中錨桿支護(hù)失效的機(jī)理

第五節(jié) 錨注加固機(jī)理分析

第七章 近距離厚煤層跨采對(duì)底板巷道圍巖穩(wěn)定性影響分析

第一節(jié) 工程背景

第二節(jié) 分析模型

第三節(jié) 近距離跨采圍巖應(yīng)力演化及特點(diǎn)

第四節(jié) 跨采巷道圍巖位移規(guī)律及特點(diǎn)

第五節(jié) 底板巷道圍巖控制技術(shù)

第八章 綜放沿空留巷圍巖穩(wěn)定性影響分析

第一節(jié) 工程背景及技術(shù)關(guān)鍵

第二節(jié) 分析模型

第三節(jié) 綜放沿空留巷圍巖活動(dòng)規(guī)律

第四節(jié) 綜放沿空留巷圍巖穩(wěn)定性影響分析

第五節(jié) 綜放沿空留巷圍巖控制技術(shù)分析

第九章 錨桿支護(hù)參數(shù)對(duì)巷道圍巖穩(wěn)定性影響分析

第一節(jié) 工程地質(zhì)條件

第二節(jié) 數(shù)值力學(xué)分析模型

第三節(jié) 錨網(wǎng)支護(hù)參數(shù)影響規(guī)律分析

第四節(jié) 相鄰巷道掘進(jìn)對(duì)巷道圍巖穩(wěn)定性的影響

第十章 不規(guī)則煤柱下工作面開采的三維數(shù)值模擬

第一節(jié) 工程概況

第二節(jié) 建立分析模型

第三節(jié) 開采對(duì)圍巖應(yīng)力變化的影響分析

參考文獻(xiàn)2100433B

開發(fā)離散元商用程序最有名的公司要屬由離散元思想首創(chuàng)者Cundall加盟的ITASCA國(guó)際工程咨詢公司。該公司開發(fā)的二維UDEC(universal distinct element code)和三維3DEC(3-dimensional distinct element code)塊體離散元程序，主要用于模擬節(jié)理巖石或離散塊體巖石在準(zhǔn)靜或動(dòng)載條件下力學(xué)過程及采礦過程的工程問題。該公司開發(fā)的PFC2D和PFC3D(particle flow code in 2/3 dimensions)則分別為基于二維圓盤單元和三維圓球單元的離散元程序。它主要用于模擬大量顆粒元的非線性相互作用下的總體流動(dòng)和材料的混合，含破損累計(jì)導(dǎo)致的破裂、動(dòng)態(tài)破壞和地震響應(yīng)等問題。Thornton的研究組研制了GRANULE程序，可進(jìn)行包括不同形狀的干、濕顆粒結(jié)塊的碰撞一破裂規(guī)律研究，離散本構(gòu)關(guān)系的細(xì)觀力學(xué)分析，料倉(cāng)料斗卸料規(guī)律研究等。

隨著離散元方法研究在國(guó)內(nèi)的升溫，也出現(xiàn)了用于土木工程設(shè)計(jì)的塊體離散元分析系統(tǒng)2D—Block和三維離散單元法軟件TRUDEC及應(yīng)用，以及北京大學(xué)劉凱欣研究小組開發(fā)的基于二維圓盤單元和三維球單元為基礎(chǔ) 的SUPER-DEM離散元力學(xué)分析系統(tǒng)。

中國(guó)科學(xué)院非連續(xù)介質(zhì)力學(xué)與工程災(zāi)害聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室與極道成然科技有限公司聯(lián)合開發(fā)了國(guó)內(nèi)最新的離散元大型商用軟件GDEM，該軟件基于中科院力學(xué)所非連續(xù)介質(zhì)力學(xué)與工程災(zāi)害聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的CDEM算法，將有限元與塊體離散元進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，并利用GPU加速技術(shù)，可以高效的計(jì)算從連續(xù)到非連續(xù)整個(gè)過程。

中冶賽迪公司在冶金、礦山、工程機(jī)械工程應(yīng)用基礎(chǔ)上，2013年推出的大型商業(yè)軟件StreamDEM，是國(guó)內(nèi)首款擁有完全獨(dú)立的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，代表了當(dāng)時(shí)離散元的最高發(fā)展水平，讓國(guó)人和世界站在了同一起跑線上。

長(zhǎng)期以來，由于離散元法巨大的計(jì)算量，極大地限制了其實(shí)際應(yīng)用，而隨著現(xiàn)代研究與工程的需要，對(duì)離散元計(jì)算中的顆粒數(shù)也有著越來越高的需求。

2013年，南京大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院施斌教授課題組劉春博士通過兩年的研究，開發(fā)了世界上第一個(gè)能在單臺(tái)電腦上實(shí)現(xiàn)百萬顆粒三維離散元?jiǎng)討B(tài)模擬的系統(tǒng)“MatDEM”。此項(xiàng)研究也解決了離散元理論和應(yīng)用中的一系列問題，得到了宏觀模型力學(xué)性質(zhì)與微觀顆粒力學(xué)參數(shù)之間的轉(zhuǎn)換公式，實(shí)現(xiàn)了離散元模型中能量轉(zhuǎn)化和能量守恒?；谶@些理論研究，可在計(jì)算機(jī)里構(gòu)建具有和真實(shí)巖體相似力學(xué)性質(zhì)和破壞性質(zhì)的材料。并通過改變材料力學(xué)參數(shù)和應(yīng)力狀態(tài)，來研究不同條件下巖石的變形和破壞特征。MatDEM為研究巖土體微宏觀聯(lián)系、深部開挖、構(gòu)造演化等問題提供了一個(gè)有效手段。

2016年，中國(guó)巖石力學(xué)與工程學(xué)會(huì)青托人才，南京大學(xué)劉春副教授研發(fā)了巖土體大型三維離散元軟件MatDEM，采用創(chuàng)新的接觸搜索算法和GPU矩陣計(jì)算法，極大地提高了其計(jì)算效率，在單臺(tái)計(jì)算機(jī)上首次實(shí)現(xiàn)了百萬單元的動(dòng)態(tài)模擬，以及能量守恒模擬。在計(jì)算效率和計(jì)算單元數(shù)上達(dá)到國(guó)外商業(yè)軟件PFC的30倍。商業(yè)軟件價(jià)格通常數(shù)十萬一份，通過自主研發(fā)創(chuàng)新，有效地降低了成本。正在完善MatDEM多場(chǎng)耦合功能。相關(guān)創(chuàng)新成果已發(fā)表于國(guó)際巖石力學(xué)頂級(jí)期刊JGR-Solid Earth數(shù)篇，已申請(qǐng)多項(xiàng)軟件著作權(quán)與國(guó)家發(fā)明專利。

前言

第1章 FLAC程序概述

1.1 FLAC程序簡(jiǎn)介

1.1.1 FLAC程序概述

1.1.2 ITASCA公司簡(jiǎn)介

1.1.3 使用手冊(cè)介紹

1.1.4 本構(gòu)模型、網(wǎng)格生成、邊界和初始條件及操作方式

1.2 有限差分與其他數(shù)值方法的比較

1.2.1 巖土工程數(shù)值模擬方法

1.2.2 有限元法

1.2.3 有限體積法

1.2.4 有限差分法與其他數(shù)值方法的比較

1.3 FLAC程序在巖土工程中的應(yīng)用概況

1.3.1 基礎(chǔ)工程

1.3.2 隧道及地下工程

1.3.3 邊坡工程

1.3.4 路基工程

1.4 本章小結(jié)

第2章 FLAC3D原理及入門指南

2.1 FLAC3D基本原理

2.1.1 概述

2.1.2 空間導(dǎo)數(shù)的有限差分近似

2.1.3 運(yùn)動(dòng)平衡方程

2.1.4 應(yīng)變、應(yīng)力及節(jié)點(diǎn)不平衡力

2.1.5 阻尼力

2.2 FLAC3D的有限差分方程

2.2.1 本構(gòu)方程

2.2.2 有限差分方程

2.3 有限差分求解方法及FLAC3D步驟

2.3.1 有限差分求解方法

2.3.2 巖土工程FLAC3D求解過程

2.4 FLAC3D基本命令

2.4.1 格式與編輯

2.4.2 關(guān)鍵詞range相關(guān)命令

2.4.3 常用命令

2.5 FISH語言入門

2.5.1 FISH簡(jiǎn)介

2.5.2 FISH入門知識(shí)

2.6 FLAC程序求解基本過程實(shí)例

2.6.1 圓形隧道開挖模擬計(jì)算

2.6.2 模型建立

2.6.3 自重應(yīng)力場(chǎng)模擬計(jì)算

2.6.4 隧道開挖模擬計(jì)算

2.6.5 本實(shí)例的FLAC程序

2.7 本章小結(jié)

第3章 FLAC本構(gòu)模型與單元

3.1 彈性模型和開挖模型

3.1.1 彈性模型

3.1.2 開挖模型

3.2 M-C和D-P塑性模型

3.2.1 Morh－Coulomb塑性模型

3.2.2 Drucker-Prager塑性模型

3.3 應(yīng)變硬化一軟化模型

3.3.1 應(yīng)變硬化與軟化模型

3.3.2 節(jié)理化模型

3.3.3 雙線性應(yīng)變硬化一軟化的節(jié)理化模型

3.4 雙屈服、劍橋和霍克布朗模型

3.4.1 雙屈服模型

3.4.2 修正的劍橋粘土模型

3.4.3 霍克一布朗模型

3.5 梁、襯砌、錨索和樁單元

3.5.1 梁?jiǎn)卧?

3.5.2 襯砌單元

3.5.3 錨索單元

3.5.4 樁單元

3.6 二維單元

3.6.1 二維巖石錨桿單元

3.6.2 二維條形錨單元

3.6.3 二維支撐單元

3.7 三維單元

3.7.1 三維殼體結(jié)構(gòu)單元

3.7.2 三維土工格柵單元

3.8 本章小結(jié)

第4章 FISH語言及建模技術(shù)

4.1 函數(shù)變量名定義規(guī)則

4.1.1 命令行

4.1.2 函數(shù)和變量名

4.2 函數(shù)變量操作

4.2.1 作用范圍

4.2.2 數(shù)組

4.2.3 函數(shù)操作

4.2.4 函數(shù)刪除與重定義

4.3 數(shù)據(jù)類型

4.3.1 基本類型

4.3.2 四則運(yùn)算與類型轉(zhuǎn)換

4.3.3 字符串

4.4 控制語句

4.4.1 選擇

4.4.2 條件

4.4.3 循環(huán)

4.4.4 其他控制語句

4.5 網(wǎng)格生成

4.5.1 網(wǎng)格生成器建模

4.5.2 基于FISH編程的網(wǎng)格生成

4.6 邊界條件

4.6.1 應(yīng)力邊界

4.6.2 位移邊界

4.7 初始條件與加載順序

4.7.1 初始條件

4.7.2 加載順序

4.8 本章小結(jié)

第5章 隧道及地下工程設(shè)計(jì)與施工方法

5.1 隧道及地下工程發(fā)展概況

5.1.1 發(fā)展階段

5.1.2 隧道及地下工程的用途

5.1.3 可持續(xù)發(fā)展的隧道及地下工程

5.1.4 隧道及地下工程發(fā)展概況

5.2 隧道及地下工程設(shè)計(jì)方法

5.2.1 隧道及地下工程設(shè)計(jì)分析力學(xué)模型

5.2.2 工程類比法

5.2.3 載荷一結(jié)構(gòu)法

5.2.4 地層一結(jié)構(gòu)法

5.3 隧道及地下工程施工方法概述

5.3.1 新奧法

5.3.2 淺埋暗挖法

5.3.3 明挖法及其變種方法

5.3.4 盾構(gòu)法

5.3.5 沉管法

5.3.6 輔助工法

5.4 本章小結(jié)

第6章 雙線鐵路隧道施工過程分析

6.1 雙線鐵路隧道設(shè)計(jì)

6.1.1 橫斷面設(shè)計(jì)

6.1.2 防水設(shè)計(jì)

6.1.3 施工方案設(shè)計(jì)

6.2 V級(jí)圍巖施工過程模擬

6.2.1 模型建立

6.2.2 自重應(yīng)力場(chǎng)模擬計(jì)算

6.2.3 隧道左上部分開挖模擬計(jì)算

6.2.4.隧道左下部分開挖模擬計(jì)算

6.2.5 隧道右上部分開挖模擬計(jì)算

6.2.6 隧道右下部分開挖模擬計(jì)算

6.2.7 二襯施作模擬計(jì)算

6.3 IV級(jí)圍巖施工過程模擬

6.3.1 F工,AC3D程序

6.3.2 計(jì)算結(jié)果

6.4.IIl級(jí)圍巖施工過程模擬

6.4.1 FLAC3D程序

6.4.2 計(jì)算結(jié)果

6.5 本章小結(jié)

第7章 分離式公路隧道施工過程分析

7.1 分離式公路隧道設(shè)計(jì)

7.2 IV級(jí)圍巖模型建立

7.2.1 建?？紤]

7.2.2 右隧道網(wǎng)格生成

7.2.3 右隧道邊界網(wǎng)格生成

7.2.4 完整模型網(wǎng)格生成

7.3 自重應(yīng)力場(chǎng)模擬計(jì)算

7.3.1 FLAC3D程序

7.3.2 計(jì)算結(jié)果

7.4 左隧道施工模擬計(jì)算

7.4.1 上臺(tái)階施工

7.4.2 下臺(tái)階施工

7.4.3 施作左隧道二次襯砌

7.5 右隧道施工模擬計(jì)算

7.5.1 上臺(tái)階施工

7.5.2 下臺(tái)階施工

7.5.3 施作右隧道二次襯砌

7.6 本章小結(jié)

第8章 地鐵盾構(gòu)隧道施工過程分析

8.1 地鐵盾構(gòu)隧道設(shè)計(jì)

8.1.1 地鐵盾構(gòu)隧道的特點(diǎn)

8.1.2 盾構(gòu)隧道施工過程模擬方法

8.1.3 盾構(gòu)隧道設(shè)計(jì)

8.2 三維模型建立

8.3 施工過程模擬計(jì)算

8.3.1 自重應(yīng)力場(chǎng)模擬計(jì)算

8.3.2 左隧道施工模擬計(jì)算

8.3.3 右隧道施工模擬計(jì)算

8.4 計(jì)算結(jié)果

8.4.1 自重應(yīng)力場(chǎng)

8.4.2 左隧道施工

8.4.3 右隧道施工

8.5 本章小結(jié)

參考文獻(xiàn) 2100433B