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隧道及地下工程FLAC解析方法

中国水利水电出版社
    【作 者】李围 编著 【I S B N 】978-7-5084-6042-0 【责任编辑】宋俊娥 【适用读者群】科技 【出版时间】2009-03-01 【开 本】16开 【装帧信息】平装(光膜) 【版 次】2009年03月第1版 【页 数】 【千字数】 【印 张】 【定 价】35 【丛 书】万水CAE技术丛书 【备注信息】
图书详情

      本书以工程实例为主,深入浅出地介绍FLAC原理与其在隧道及地下工程力学行为分析中的应用。首先介绍FLAC程序的基本情况及其在岩土工程中的应用概况;然后介绍FLAC3D的基本原理,FISH语言入门指南及求解隧道及地下工程问题的基本过程实例,FLAC本构模型与单元、FISH语言及建模技术,最后,在介绍隧道及地下工程设计与施工方法的基础上,重点介绍采用FLAC3D程序进行隧道及地下工程力学行为分析的工程实例,包括双线铁路隧道施工过程数值模拟分析、分离式公路隧道施工过程数值模拟分析和地铁盾构隧道施工过程分析及施工过程三维仿真分析。

      本书内容主要为FLAC原理、FISH语言及其应用、隧道及地下工程设计与施工方法以及工程实例,内容丰富全面、实例通俗易懂,适合作为高等学校隧道及地下工程及相关专业的学生和研究生的学习用书,也可作为从事隧道及地下工程专业工作的科研人员的参考用书。

    本书以工程实例的形式深入浅出地介绍FLAC原理及其在隧道及地下工程力学行为分析中的应用技术。内容涵盖FLAC3D的基本原理,FISH语言入门指南及求解隧道及地下工程问题的基本过程,FLAC本构模型与单元,FISH语言及建模技术,隧道及地下工程设计与施工方法。最后,重点介绍采用FLAC3D程序进行隧道及地下工程力学行为分析的工程实例,包括双线铁路隧道施工过程数值模拟分析、分离式公路隧道施工过程数值模拟分析和地铁盾构隧道施工过程分析及施工过程三维仿真分析。

    本书是作者多年应用FLAC程序进行隧道及地下工程力学分析的成果总结,书中给出应用过程中的关键知识点和注意事项。同时,本书附有所有实例的FLAC命令流程序,可供读者免费下载。

      FLAC3D是美国ITASCA国际咨询与软件开发公司开发的三维有限差分数值模拟软件,是应用于基础工程、隧道工程和边坡工程以及采矿工程的通用软件,是国际岩土工程学术界指定的分析软件。

      ITASCA咨询集团公司成立于1981年,由美国明尼苏达大学土木与矿业工程系Charles Fairhurst博士等人联合创办。经过20余年的发展,ITASCA咨询集团公司已经成为一家从事岩土工程咨询和软件开发的国际公司,服务领域涵盖采矿、土木、石油、核废料处理和环境工程等。

    本书特点:

      本书以工程实例为主,深入浅出地介绍FLAC原理与隧道及地下工程解析指南。首先介绍FLAC程序的基本情况及其在岩土工程中的应用概况;然后介绍FLAC3D的基本原理,FISH语言入门指南及求解隧道及地下工程问题的基本过程实例,FLAC本构模型与单元,FISH语言及建模技术;最后,在介绍隧道工程设计与施工方法的基础上,重点介绍采用FLAC3D程序进行隧道及地下工程力学行为分析的工程实例,包括双线铁路隧道施工过程数值模拟分析、分离式公路隧道施工过程数值模拟分析和地铁盾构隧道施工过程分析及施工过程三维仿真分析。

    主要内容

    本书共分8章,具体内容安排如下:

    第1章  FLAC程序概述。介绍基于有限差分数值分析原理的FLAC程序基本情况、FLAC程序求解基本过程实例,包括基本步骤、问题描述、模型建立、材料本构模型的选择、边界条件的处理、加载与求解、计算结果分析等。

    第2章  FLAC3D原理及入门指南。介绍有限差分数值模拟软件FLAC3D原理及其入门知识。最后,介绍FLAC3D的基本命令以及内置FISH语言入门知识,并以一圆形隧道为例介绍FLAC3D程序的应用情况。

    第3章  FLAC本构模型与单元。介绍有限差分数值模拟原理、本构方程和有限差分方程、有限差分数值模拟分析的求解步骤,最后介绍基于MORH-COULOMB塑性模型的增量弹性理论、屈服准则、流动法则和塑性应力调整的有限差分形式。

    第4章  FISH语言及建模技术。介绍FLAC编程FISH语言的相关用法,最后介绍FLAC程序中模型网格建立的若干技术。

    第5章  隧道及地下工程设计与施工方法。介绍隧道及地下工程的发展历史,重点论述隧道及地下工程的设计方法,最后介绍隧道及地下工程的施工方法。

    第6章至第8章在介绍隧道及地下工程设计与施工方法的基础上,重点介绍采用FLAC3D程序进行隧道及地下工程力学行为分析的工程实例,包括双线铁路隧道施工过程数值模拟分析、分离式公路隧道施工过程数值模拟分析和地铁盾构隧道施工过程分析及施工过程三维仿真分析。

    本书实例全部以程序的方式进行讲解,本书中所有实例的命令流文件可以到中国水利水电出版社网站(http://www.waterpub.com.cn/softdown/)免费下载,以供学习研究之用。

    读者对象:

      本书内容丰富全面、实例通俗易懂,适合作为高等学校隧道及地下工程专业的学生和研究生的学习用书,也可作为从事隧道及地下工程专业工作的科研人员的参考用书。

    编者与致谢。

      本书由李围编著,冼进审校。在本书的写作过程中,余禹和贾军政参与了部分内容的整理工作,在此表示感谢。另外,参与本书编写工作的还有王治国、冯强、曾德惠、许庆华、程亮、周聪、黄志平、胡松、邢永峰、邵军、边海龙、刘达因、赵婷、马鸿娟、侯桐、赵光明、李胜、李辉、侯杰、王红研、王磊、闫守红、康涌泉、李欢、蒋杼倩、王小东、张森、张正亮、宋利梅、何群芬、程瑶等,在此一并表示感谢!

    配套服务。

      由于作者水平所限,加之技术发展迅速,书中错误和不妥之处在所难免,恳请广大读者批评指正。我们的联络方式:china_54@tom.com.

    前言
    第1章  FLAC程序概述 1
    1.1  FLAC程序简介 1
    1.1.1  FLAC程序概述 1
    1.1.2  ITASCA公司简介 2
    1.1.3  使用手册介绍 3
    1.1.4  本构模型、网格生成、边界和初始条件及操作方式 4
    1.2  有限差分与其他数值方法的比较 4
    1.2.1  岩土工程数值模拟方法 5
    1.2.2  有限元法 5
    1.2.3  有限体积法 6
    1.2.4  有限差分法与其他数值方法的比较 6
    1.3  FLAC程序在岩土工程中的应用概况 7
    1.3.1  基础工程 8
    1.3.2  隧道及地下工程 12
    1.3.3  边坡工程 14
    1.3.4  路基工程 16
    1.4  本章小结 17
    第2章  FLAC3D原理及入门指南 18
    2.1  FLAC3D基本原理 18
    2.1.1  概述 18
    2.1.2  空间导数的有限差分近似 19
    2.1.3  运动平衡方程 19
    2.1.4  应变、应力及节点不平衡力 20
    2.1.5  阻尼力 20
    2.2  FLAC3D的有限差分方程 20
    2.2.1  本构方程 20
    2.2.2  有限差分方程 21
    2.3  有限差分求解方法及FLAC3D步骤 22
    2.3.1  有限差分求解方法 22
    2.3.2  岩土工程FLAC3D求解过程 23
    2.4  FLAC3D基本命令 23
    2.4.1  格式与编辑 23
    2.4.2  关键词range相关命令 24
    2.4.3  常用命令 26
    2.5  FISH语言入门 28
    2.5.1  FISH简介 28
    2.5.2  FISH入门知识 28
    2.6  FLAC程序求解基本过程实例 38
    2.6.1  圆形隧道开挖模拟计算 38
    2.6.2  模型建立 39
    2.6.3  自重应力场模拟计算 45
    2.6.4  隧道开挖模拟计算 47
    2.6.5  本实例的FLAC程序 51
    2.7  本章小结 52
    第3章  FLAC本构模型与单元 54
    3.1  弹性模型和开挖模型 54
    3.1.1  弹性模型 54
    3.1.2  开挖模型 56
    3.2  M-C和D-P塑性模型 56
    3.2.1  Morh-Coulomb塑性模型 57
    3.2.2  Drucker-Prager塑性模型 59
    3.3  应变硬化—软化模型 62
    3.3.1  应变硬化与软化模型 63
    3.3.2  节理化模型 64
    3.3.3  双线性应变硬化—软化的节理化模型 67
    3.4  双屈服、剑桥和霍克布朗模型 71
    3.4.1  双屈服模型 71
    3.4.2  修正的剑桥粘土模型 75
    3.4.3  霍克-布朗模型 78
    3.5  梁、衬砌、锚索和桩单元 81
    3.5.1  梁单元 81
    3.5.2  衬砌单元 83
    3.5.3  锚索单元 85
    3.5.4  桩单元 89
    3.6  二维单元 91
    3.6.1  二维岩石锚杆单元 91
    3.6.2  二维条形锚单元 92
    3.6.3  二维支撑单元 94
    3.7  三维单元 95
    3.7.1  三维壳体结构单元 95
    3.7.2  三维土工格栅单元 97
    3.8  本章小结 98
    第4章  FISH语言及建模技术 99
    4.1  函数变量名定义规则 99
    4.1.1  命令行 99
    4.1.2  函数和变量名 100
    4.2  函数变量操作 107
    4.2.1  作用范围 107
    4.2.2  数组 108
    4.2.3  函数操作 108
    4.2.4  函数删除与重定义 110
    4.3  数据类型 111
    4.3.1  基本类型 111
    4.3.2  四则运算与类型转换 111
    4.3.3  字符串 112
    4.4  控制语句 114
    4.4.1  选择 114
    4.4.2  条件 114
    4.4.3  循环 114
    4.4.4  其他控制语句 115
    4.5  网格生成 115
    4.5.1  网格生成器建模 115
    4.5.2  基于FISH编程的网格生成 130
    4.6  边界条件 134
    4.6.1  应力边界 134
    4.6.2  位移边界 138
    4.7  初始条件与加载顺序 142
    4.7.1  初始条件 142
    4.7.2  加载顺序 151
    4.8  本章小结 156
    第5章  隧道及地下工程设计与施工方法 157
    5.1  隧道及地下工程发展概况 157
    5.1.1  发展阶段 157
    5.1.2  隧道及地下工程的用途 158
    5.1.3  可持续发展的隧道及地下工程 158
    5.1.4  隧道及地下工程发展概况 159
    5.2  隧道及地下工程设计方法 160
    5.2.1  隧道及地下工程设计分析力学模型 160
    5.2.2  工程类比法 162
    5.2.3  载荷—结构法 163
    5.2.4  地层—结构法 164
    5.3  隧道及地下工程施工方法概述 165
    5.3.1  新奥法 165
    5.3.2  浅埋暗挖法 170
    5.3.3  明挖法及其变种方法 171
    5.3.4  盾构法 171
    5.3.5  沉管法 176
    5.3.6  辅助工法 176
    5.4  本章小结 180
    第6章  双线铁路隧道施工过程分析 181
    6.1  双线铁路隧道设计 181
    6.1.1  横断面设计 181
    6.1.2  防水设计 183
    6.1.3  施工方案设计 183
    6.2  V级围岩施工过程模拟 184
    6.2.1  模型建立 184
    6.2.2  自重应力场模拟计算 190
    6.2.3  隧道左上部分开挖模拟计算 192
    6.2.4  隧道左下部分开挖模拟计算 194
    6.2.5  隧道右上部分开挖模拟计算 197
    6.2.6  隧道右下部分开挖模拟计算 200
    6.2.7  二衬施作模拟计算 202
    6.3  IV级围岩施工过程模拟 203
    6.3.1  FLAC3D程序 203
    6.3.2  计算结果 205
    6.4  III级围岩施工过程模拟 210
    6.4.1  FLAC3D程序 210
    6.4.2  计算结果 212
    6.5  本章小结 216
    第7章  分离式公路隧道施工过程分析 217
    7.1  分离式公路隧道设计 217
    7.2  IV级围岩模型建立 221
    7.2.1  建模考虑 221
    7.2.2  右隧道网格生成 222
    7.2.3  右隧道边界网格生成 223
    7.2.4  完整模型网格生成 225
    7.3  自重应力场模拟计算 225
    7.3.1  FLAC3D程序 225
    7.3.2  计算结果 226
    7.4  左隧道施工模拟计算 227
    7.4.1  上台阶施工 227
    7.4.2  下台阶施工 229
    7.4.3  施作左隧道二次衬砌 230
    7.5  右隧道施工模拟计算 232
    7.5.1  上台阶施工 232
    7.5.2  下台阶施工 234
    7.5.3  施作右隧道二次衬砌 235
    7.6  本章小结 238
    第8章  地铁盾构隧道施工过程分析 239
    8.1  地铁盾构隧道设计 239
    8.1.1  地铁盾构隧道的特点 239
    8.1.2  盾构隧道施工过程模拟方法 239
    8.1.3  盾构隧道设计 240
    8.2  三维模型建立 240
    8.3  施工过程模拟计算 243
    8.3.1  自重应力场模拟计算 243
    8.3.2  左隧道施工模拟计算 244
    8.3.3  右隧道施工模拟计算 245
    8.4  计算结果 246
    8.4.1  自重应力场 246
    8.4.2  左隧道施工 246
    8.4.3  右隧道施工 253
    8.5  本章小结 259
    参考文献 260
     
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