下面的例子说明用Crack和Jset命令切割块体。这两个命令的详细描述将在命令表的第1节给出。节理生成器将在3.2.2节给予详细解释。
Example 2.4 产生简单的UDEC模型 round 0.1
block (0,0) (0,10) (10,10) (10,0) Crack (0,5) (10,5)
在这个最简单的模型中,切割块体涉及选择位置和指定裂缝。通过键入这些命令,就可以产生10×10个单位的块体,然后劈裂成两个块体。CRACK命令产生一个连续、水平的贯通模型的裂缝。注意圆角的长度指定为0.1。
通过键入如下命令,可以产生一个槽口: crack 2.5,10 5.0, 7.5 crack 5.0, 7.5 7.5,10
通过键入以下命令,就显示出包括块体地址号的块体图形。 Plot block num
通过采用DELETE 命令,能从模型中删除一个块体。例如,为了删除槽口块体,键入如下命令: delete range block 368 或 delete range 4.5 ,5.5 8,10
4.5< x <5.5 和8 < y < 10的范围必须包含被删除块体的形心。注意,当对模型进行某些操作时,采用坐标范围是比较明智的。与问题相关的地址号有时发生变化。
对于JSET命令的参数需要4组数据对参数值。每一数据对中的第一个值是均值,而第二个是对应于均值的最大均方差(相对于均匀概率分布形式)。第一组数据对是节理迹线与x-坐标轴的正方向的夹角。第二对数据节理迹线长度;第三组数据是不连续节理的岩桥长度;第四组数据是节理间距。还有一些选择参数,可以用于产生一组比较复杂的节理模式。JSET命令的一般应用在3.2.2节加以讨论。采用JSET命令产生两组节理组的应用在例2.5中得到说明。
例2.5 两组连续节理组的产生 new round 0.01
block (0,0) (0,20) (20,20) (20,0) jset (45,0) (5,0.5) (0.5,0) (2,0) jset (-10,0) (5,0.5) (0.2,0) (1.5,0)
在上例所生成的节理图如图2.11所示。第一个JSET命令产生一组与x轴方向夹角为45o具有间距为2个单位的连续节理。第二个JSET命令产生与x方向夹角为 -10o、间
-12-
距为1.5个单位的连续节理。圆角长度的选择可能影响节理组的产状。节理的位置可能由于当棱长小于2倍的圆角长度不能产生块体而可能改变节理的位置。
如果在JSET命令前,增大圆角的长度(比如说0.1),模型中某些节理的位置将发生改变。用JSET命令产生节理可能涉及某些试错法。第3节给出了进行产生节理过程的建议。
图2.11 产生的两组连续节理模型
当产生大小悬殊的块体时,建议从模型中删除较小块体,以提高模型的计算效率。在例2.5中,块体尺寸的变化范围从1.751×10
Print max
键入如下命令,删除极小块体: delete range area 3e-2
所有面积小于3×10-2的块体都从模型中删除。通常,将小于最大块体的1%左右小块被删除后对计算结果的影响并不显著。
最后,注意到NEW命令用在第二个例子,以便允许开始一个新的模型。当切割块体(尤其当采用JSET)时,一个重要问题是综合考虑块体数与计算速度的协调。计算速度与模型的块体数(或变形体单元数)成函数关系。根据经验,模型具有大约1200刚体(或具有8自由度的500变形体)进行2000~4000迭代步就能获得静态问题的解。对于90MHz的微机,对于500个变形块体模型允许4000步大约需要10分钟。根据你的计算机的计算速度,可以估算出一个模型所需的计算时间。
通过切割UDEC块体形成工程结构形状,这须在进行工程开挖前实施。通常采用三个命令来产生形状:
crack tunnel arc
-3
到3.679,可以由以下命令查找:
-13-
前面已经给予介绍CRACK 命令。TUNNEL命令产生圆形形状。该圆由用户指定的裂缝段数构成。ARC命令由用户指定的角度,产生弧形断裂模型。可以结合这些命令产生各种形状的UDEC块体。例2.6给出的命令产生断层切割一个圆形隧道的模型。
EXAMPLE 2.6 断层切割一个圆形隧道 New Round 0.1
Block -10,-10 -10,10 10,10 10,-10 Tunn 0,0 2 16 Crack -5,10 5,-10 Plo hold block num
所生成的模型如图2.12所示。圆形隧道的圆形坐标(0,0)、半径为2和划分成16个裂缝段。由于隧道全部处于块体内部,所以仅用TUNNEL命令不能产生独立的块体。必须采用CRACK切割模型块体的边从而产生新的块体。如果用户运行仅用TUNNEL命令所产生的模型,则隧道裂缝在运行前被删除。通过引入CRACK命令,连接隧道裂缝延伸到模型外边界从而形成连续的裂缝,因此,形成有隧道和断层构成的块体(如图2.12所示)。
应当注意,裂缝并不贯穿隧道的周边。如果TUNNEL命令先给出,随后的CRACK或JSET命令并不贯穿隧道。首先应用TUNNEL是较为方便的,因为隧道开挖仅涉及删除一个块体,即
delete range block 1920 或 delete range -1,1 -1,1
将模拟圆形隧道的开挖。
图2.12 断层切割圆形隧道
-14-
例2.7给出了一条断层切割一个马蹄形隧道: New Round 0.1
Block -10,-10 -10,15 10,15 10,-10 arc 0,5 2,5 180 8 Crack -2,0 -2,5 Crack -2,0 2,0 Crack 2,0 2,5 Crack -5,15 5,-10
隧道的形状如图2.13所示。隧道顶弧的圆心在(0,5),起始点在(2,5)和180o的圆心角,逆时针画圆,划分成8段。前三个CRACK命令产生隧道的边墙和底板,后一个CRACK产生一条切割隧道的断层。开挖隧道也可以通过删除块体编号或块体形心位置来实现。另一选择就是指定包含该隧道块体 window -2,2 0,7 delete range window
图2.13 断层与马蹄形隧道相交
2.6.2 指定材料模型
2.6.2.1 块体模型
一旦完成块体切割,必须对所有的块体和不连续面指定材料特性。缺省为所有的块体皆为刚体。在多数分析中,块体应为变形体。仅仅在应力水平较低或岩块材料具有高强度和低变形的情况才能够应用刚性块体的假设。
-15-
块体的变形特征通过以下命令定义: gen edge v 或
gen quad v
GEN 命令激活三角形网格有限单元自动生成器。命令GEN edge v 将作用于任意形状的块体。其v值定义三角形单元的最大边长,即v值越小,块体中的单元越小。应当注意的是:具有高的边长比值的块体并不能产生单元,其极限的比重近似为1:10。 通过 Plot zone 检查模型单元。 采用命令GEN quad v,指定模型为塑性材料模型的单元。该类型的单元提供了对于塑性问题的精确解。然而,GEN quad 命令可能对某些形状的块体不起作用。在此情况下,应当采用GEN edge 。
在UDEC中为变形块体(单元)开发了7种材料模型。对大部分用户,最常用的三种模型如下:
change cons=0 ; null model change cons=1; elastic model change cons=3; Mohr-coulomb model
CHANGE 命令改变块体为指定的变形块体。Cons=0意味着模型块体材料被移出或开挖。这允许用户改变块体在以后的某些阶段返回为弹性或弹塑性材料。如果块体被删除,则以后计算阶段不可再恢复。
Cons=1 改变块体为各向同性弹性特性;而cons=3则改变块体为摩尔-库仑模型,考虑塑性特性。缺省值为所有变形体则自动改变为cons=1。
块体改变为cons=1和cons=3必须提供PROPERTY mat 命令给块体赋予材料参数值。注意性质参数不要赋给特定的块体,而是赋给材料号。材料参数可以赋值给多达50种材料号。然后,材料号再赋给具有CHANGE mat 命令的块体。
对于弹性模型,需要的性质为: (1)密度 (2)体积模量 (3)剪切模量
注意:体积模量K、剪切模量G与杨氏模量E、泊松比?之间的关系如下:
K=或
E=EE,G=
(31-2?)(21??)9KG3K-2G,?=
(23K+G)3K+G -16-