Itasca軟件介紹

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如下：

針對巖土體問題開發(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 真時間歷程動力模擬 地下水模擬 內(nèi)置外接程序語言滿足用戶特定要求

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

UDEC/3DEC 高級非連續(xù)力學分析軟件

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

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國際集團于2011年在華設(shè)立的分支機構(gòu)，旨在引進國際巖土咨詢機構(gòu)運營理念，聯(lián)合國際和國內(nèi)頂級水平技術(shù)力量打造具有國際水準、服務于工程建設(shè)的科研和開發(fā)團隊，在中國開創(chuàng)商業(yè)化的工程研發(fā)新機制。 2100433B

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及數(shù)值模擬方法

第二章 Itasca軟件特點及數(shù)值模擬方法

第一節(jié) Itasca軟件及其特點

第二節(jié) Itasca軟件數(shù)值計算方法

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變形規(guī)律

第二節(jié) 單個巷道的影響范圍

第三節(jié) 采動影響下模型邊界位置的合理確定方法

第四節(jié) 模型邊界位置對模擬結(jié)果的影響分析

第四章 模型邊界條件及初始應力場的合理確定

第一節(jié) 模型邊界條件的類型及其選擇

第二節(jié) 采動影響的模型邊界條件

第三節(jié) 模型邊界條件對模擬結(jié)果的影響分析

第四節(jié) 初始地應力場的確定

第五章 巖體力學特性及其參數(shù)確定

第一節(jié) 巖體的力學特性

第二節(jié) 巖石與巖體力學參數(shù)的關(guān)系

第三節(jié) 巖石(體)力學參數(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失效的機理

第五節(jié) 錨注加固機理分析

第七章 近距離厚煤層跨采對底板巷道圍巖穩(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) 近距離跨采圍巖應力演化及特點

第四節(jié) 跨采巷道圍巖位移規(guī)律及特點

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 錨桿支護參數(shù)對巷道圍巖穩(wěn)定性影響分析

第一節(jié) 工程地質(zhì)條件

第二節(jié) 數(shù)值力學分析模型

第三節(jié) 錨網(wǎng)支護參數(shù)影響規(guī)律分析

第四節(jié) 相鄰巷道掘進對巷道圍巖穩(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) 開采對圍巖應力變化的影響分析

參考文獻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靜或動載條件下力學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和材料的混合，含破損累計導致的破裂、動態(tài)破壞和地震響應等問題。Thornton的研究組研制了GRANULE程序，可進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)系的細觀力學分析，料倉料斗卸料規(guī)律研究等。

隨著離散元方法研究在國內(nèi)的升溫，也出現(xiàn)了用于土木工程設(shè)計的塊體離散元分析系統(tǒng)2D—Block和三維離散單元法軟件TRUDEC及應用，以及北京大學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離散元力學分析系統(tǒng)。

中國科學院非連續(xù)介質(zhì)力學與工程災害聯(lián)合實驗室與極道成然科技有限公司聯(lián)合開發(fā)了國內(nèi)最新的離散元大型商用軟件GDEM，該軟件基于中科院力學所非連續(xù)介質(zhì)力學與工程災害聯(lián)合實驗室開發(fā)的CDEM算法，將有限元與塊體離散元進行有機結(jié)合，并利用GPU加速技術(shù)，可以高效的計算從連續(xù)到非連續(xù)整個過程。

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

長期以來，由于離散元法巨大的計算量，極大地限制了其實際應用，而隨著現(xiàn)代研究與工程的需要，對離散元計算中的顆粒數(shù)也有著越來越高的需求。

2013年，南京大學地球科學與工程學院施斌教授課題組劉春博士通過兩年的研究，開發(fā)了世界上第一個能在單臺電腦上實現(xiàn)百萬顆粒三維離散元動態(tài)模擬的系統(tǒng)“MatDEM”。此項研究也解決了離散元理論和應用中的一系列問題，得到了宏觀模型力學性質(zhì)與微觀顆粒力學參數(shù)之間的轉(zhuǎn)換公式，實現(xiàn)了離散元模型中能量轉(zhuǎn)化和能量守恒?；谶@些理論研究，可在計算機里構(gòu)建具有和真實巖體相似力學性質(zhì)和破壞性質(zhì)的材料。并通過改變材料力學參數(shù)和應力狀態(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有效手段。

2016年，中國巖石力學與工程學會青托人才，南京大學劉春副教授研發(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矩陣計算法，極大地提高了其計算效率，在單臺計算機上首次實現(xiàn)了百萬單元的動態(tài)模擬，以及能量守恒模擬。在計算效率和計算單元數(shù)上達到國外商業(yè)軟件PFC的30倍。商業(yè)軟件價格通常數(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多場耦合功能。相關(guān)創(chuàng)新成果已發(fā)表于國際巖石力學頂級期刊JGR-Solid Earth數(shù)篇，已申請多項軟件著作權(quán)與國家發(fā)明專利。

前言

第1章 FLAC程序概述

1.1 FLAC程序簡介

1.1.1 FLAC程序概述

1.1.2 ITASCA公司簡介

1.1.3 使用手冊介紹

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 空間導數(shù)的有限差分近似

2.1.3 運動平衡方程

2.1.4 應變、應力及節(jié)點不平衡力

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簡介

2.5.2 FISH入門知識

2.6 FLAC程序求解基本過程實例

2.6.1 圓形隧道開挖模擬計算

2.6.2 模型建立

2.6.3 自重應力場模擬計算

2.6.4 隧道開挖模擬計算

2.6.5 本實例的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 應變硬化一軟化模型

3.3.1 應變硬化與軟化模型

3.3.2 節(jié)理化模型

3.3.3 雙線性應變硬化一軟化的節(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 梁單元

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)計方法

5.2.1 隧道及地下工程設(shè)計分析力學模型

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

6.1.1 橫斷面設(shè)計

6.1.2 防水設(shè)計

6.1.3 施工方案設(shè)計

6.2 V級圍巖施工過程模擬

6.2.1 模型建立

6.2.2 自重應力場模擬計算

6.2.3 隧道左上部分開挖模擬計算

6.2.4.隧道左下部分開挖模擬計算

6.2.5 隧道右上部分開挖模擬計算

6.2.6 隧道右下部分開挖模擬計算

6.2.7 二襯施作模擬計算

6.3 IV級圍巖施工過程模擬

6.3.1 F工,AC3D程序

6.3.2 計算結(jié)果

6.4.IIl級圍巖施工過程模擬

6.4.1 FLAC3D程序

6.4.2 計算結(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

7.2 IV級圍巖模型建立

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 自重應力場模擬計算

7.3.1 FLAC3D程序

7.3.2 計算結(jié)果

7.4 左隧道施工模擬計算

7.4.1 上臺階施工

7.4.2 下臺階施工

7.4.3 施作左隧道二次襯砌

7.5 右隧道施工模擬計算

7.5.1 上臺階施工

7.5.2 下臺階施工

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

8.1.1 地鐵盾構(gòu)隧道的特點

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

8.2 三維模型建立

8.3 施工過程模擬計算

8.3.1 自重應力場模擬計算

8.3.2 左隧道施工模擬計算

8.3.3 右隧道施工模擬計算

8.4 計算結(jié)果

8.4.1 自重應力場

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 2100433B