离散元模拟PFC/3DEC实体建模盾构隧道，硐室开挖等稳定性分析

课  程

内   容

理论基础及PFC入门

1  岩土工程数值模拟方法概述

1.1基于网格的模拟方法（有限元、有限差分、大变形处理CEL、ALE、XFEM）

1.2基于点的模拟方法（离散单元法DEM、光滑粒子流方法SPH、物质点法MPM）

1.3基于块体的模拟方法

2   离散元与PFC软件操作

2.1 离散元的基本原理（计算原理、宏观参量与微观参量的关系）

2.2 PFC软件界面操作

2.3文件系统

2.4显示控制

2.5帮助文档的使用

FISH 、PYTHON语言及COMMAND命令

3 PFC 软件的计算控制方法

3.1 PFC计算控制的语言逻辑

3.2 FISH语言（基本语法、函数定义与调用、创建模型、控制模拟过程、处理模拟结果、FISH Callback操作等）

3.3 COMMAND命令（命令结构、创建模型、状态监测与绘图、控制模拟过程、求解控制、状态查询、与FISH语言的混合使用等）

3.4 PYTHON语言（基本语法、Numpy库的使用、接口的使用等）

离散元模拟方法

4  离散元模拟方法

4.1离散元数值试样的生成方法

4.1.1单元试样模型生成方法

4.1.2边值问题（场地）模型生成方法

4.1.3连续—非连续耦合模型生成方法

4.1.4复杂颗粒形状的模拟方法（Rblock方法、Clump方法）

4.2接触模型选择与参数标定

4.2.1离散元接触模型的选择原则—12个内置模型

4.2.2接触模型参数的标定方法与参数意义—以胶结颗粒材料（岩石、胶结砂土等）为例，讲授参数标定步骤

4.3其他问题

4.3.1模型边界条件施加方法（达到初始平衡状态、开挖类模拟、填筑类模拟、加载类模拟、周期性边界、应力伺服）

4.3.2各种阻尼的选择（粘滞阻尼、局部阻尼、滞回接触模型）

4.3.3时步与时步缩放（静力、动力问题时步及相关命令）

4.3.4试样尺寸、颗粒数量、级配选择

4.3.5 并行计算

土体单元试验模拟

5  土体单元试验模拟方法

5.1常规三轴剪切试验模拟(命令流+FISH)

5.1.1建模方法与注意事项

5.1.2模拟结果分析

5.1.3模拟结果可视化

5.2真三轴剪切模拟(命令流+FISH)

5.2.1真三轴加载路径的模拟

5.2.2真三轴强度准则

5.2.3微观结构演变过程

5.3不排水三轴剪切模拟(命令流+FISH)

5.4循环三轴剪切的模拟(命令流+FISH)

5.5颗粒破碎过程模拟(命令流+FISH)

5.6岩石（胶结颗粒）材料的剪切过程模拟

5.7离散元模拟与弹塑性本构模型

工程实例分析

6  工程实例分析

6.1活动门试验模拟(命令流+FISH)

6.1.1试样级配控制

6.1.2应力状态控制

6.1.3孔隙比的控制

6.1.4 活动门加载的实现

6.2盾构隧道掌子面稳定性(命令流+FISH)

6.2.1主动失稳模式

6.2.2被动失稳模式

6.3节理岩体中的硐室开挖稳定性(命令流+FISH)

6.3.1节理裂隙岩体的生成

6.3.2初始应力状态控制

6.3.3 开挖模拟

PFC3D 与FLAC3D耦合模拟与分析

7  离散—连续域耦合模拟

7.1离散—连续耦合模拟方法

Ø    与FLAC3D中一维结构单元耦合

Ø    与FLAC3D中二维壳结构单元或三维实体单元的面的耦合

Ø    与FLAC3D中三维实体单元的耦合（实例）

7.2离散—连续域参数匹配

7.3基于离散—连续域耦合的三轴剪切试验模拟(命令流+FISH)

实例操作：二维壳结构单元耦合 （壳单元模拟橡胶膜-创建耦合墙-施加应力边界等向压缩-剪切模拟）

7.4基于离散—连续域耦合的地基承载力分析(命令流+FISH)

实例操作 ： 基于Punch indentation案例的修改与实现

PFC-CFD 耦合模拟与分析

8  流固耦合分析

8.1颗粒与流体相互作用理论（CFD模块概况、体积平均粗网格法、颗粒与流体相互作用计算）

8.2流固耦合框架

Ø    CFD网格、流体域边界设置、网格导入、网格流体参数设置

Ø    孔隙率计算

Ø    耦合时间间隔、耦合时步、网格与颗粒尺寸

Ø    耦合步骤

8.3实例操作分析(命令流+FISH)

8.3.1单向耦合

8.3.2孔隙介质中Darcy流模拟（Fipy应用）

8.3.3 与FLAC3D的渗流耦合模拟

答疑

建立班级微信群，长期指导关于自己关心的PFC离散元处理方案和策略

课程

内容

岩土工程数值模拟方法及相关软件介绍

1  数值模拟在岩土领域的应用

1.1 土木工程、岩土工程、采矿工程、地质工程、地下工程、水利水电工程等领域应用介绍

1.2  岩土工程数值计算方法简介（有限元、有限差分、离散元）

1.3  岩土工程数值计算软件简介（ANSYS、ABAQUS、FLAC3D、PFC、3DEC）

1.4  3DEC软件介绍（基本原理、计算模式、主要功能和模块等）

1.5  3DEC help文档的使用

3DEC 实体建模

2  网格模型生成

2.1 简单网格模型生成(自带块体生成方法)

2.2 复杂网格模型生成（Rhino、Midas、Abaqus等网格导入3DEC中生成模型）

3DEC 基本命令语句

3  基本命令语句

3.1  生成块体单元    

3.2  设置节理    

3.3  岩体分组

3.4  赋值岩体和节理参数

3.5  施加边界条件

3.6  求解计算等

3DEC 内置FISH语言编程

4 FISH 语言编程

4.1  基本语法

4.2  函数、变量、数值类型

4.3  常用关键词/内置变量

4.4  条件语句、循环语句、遍历语句

3DEC 节理/接触面单元

5  节理/接触面单元

5.1  接触面单元的用途及基本原理

5.2  接触面单元生成方法

5.3  随机节理生成

5.4  接触面单元参数获取与赋参

3DEC 结构单元

6  结构单元

6.1  岩土-结构相互作用原理

6.2  梁单元的运用

6.3  锚杆、锚索单元的运用

6.4  衬砌单元等的运用

3DEC 静力学分析

7  静力学分析

7.1  岩土体参数获取与赋值

7.2  岩土体的本构模型选取

7.3  初始地应力场生成

7.4  边界条件：静力边界、速度边界、面力边界

7.5  计算求解与结果合理性分析     

实例操作：初始地应力场反演技术

3DEC 流固耦合模拟

8  流固耦合模拟

8.1  渗流计算基本原理

8.2  渗流本构模型及赋参

8.3  渗流边界条件、初始条件

8.4  流固耦合分析

3DEC 非线性动力模拟

9  非线性动力模拟

9.1  动力计算基本原理

9.2  动力边界条件介绍

9.3  力学阻尼及参数选择

9.4  网格尺寸与计算效率

3DEC 后处理

10 3DEC 后处理

10.1 计算结果提取

10.2 切片等选择性显示

10.3 导出各类计算结果云图

10.4 导出各类计算结果数据/曲线等

工程实例分析

如何学好3DEC

12.1 学习方法探讨

12.2 个人经验交流

12.3 个人对数值模拟的认识、体会