内容发布更新时间 : 2024/12/24 20:54:29星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

UDEC还能够模拟通过模型中的孔隙和不连续面的流体流动。在此认为块体是不可渗透的。岩体的渗透率取决于节理的力学变形。也能够进行力学－流体全耦合分析。反过来，节理水压也将影响力学特性。流体被处理为平行板的粘性流。

程序中的结构单元可用于模拟岩体加固和工程表面支护。加固包括端部锚固、全长锚索和锚杆。表面支护模拟诸如喷射混凝土、混凝土衬砌和其他形式的隧道支护。

UDEC包含一个强有力的程序语言，FISH，能够使用户定义新的变量和函数。FISH是一个编辑器。通过UDEC数据文件进入程序被翻译并储存在内存中。 1.4 应用领域

UDEC最初是为节理岩石边坡的稳定性分析开发的。对于块体不连续公式和运动方程（包括惯性项）采用显式时间步求解方法？？？，便于块状岩体边坡的渐进破坏分析和大变形运动研究。

UDEC常用于采矿工程，已经进行了深部地下采矿洞室的静态与动态分析。洞室围岩破坏诱发的断裂、滑移是用UDEC分析研究的实例之一。通过在模型的边界施加动应力或速度波研究爆破影响。地震诱发的断层滑移也通过采用连续屈服节理模型进行了研究。结构单元已经用于模拟全长岩锚和喷射混凝土的各种岩体加固系统。

UDEC还应用于地下结构和深部高辐射废料的储存研究领域。通过应用热模型，UDEC已经应用于模拟与核废料相关的热荷载效应。

UDEC在作为一个计算设计工具，仍受到一定的限制。然而，程序较适用于研究节理效应的潜在破坏机理。节理岩体特性是一个“有限数据系统”－即，在很大程度上内部结构和应力状态是未知和不可知的。因此，建立一个完备的节理模型是不可能的。而且，UDEC是一个二维程序，除了特殊情况外，不可能表征具有三维结构的节理模型。不过，应用UDEC程序，可以从现象学的角度研究节理岩体地下工程开挖响应。该方法可加深岩石力学设计中各种不同现象的相互影响的理解。采用这种方法，工程师能够通过识别地下工程可能产生不可接受的变形或加载导致的破坏机理，从而揭示工程所潜在的诸多问题。

值得注意的是，UDEC程序对于模拟颗粒流动或动态分析火山喷发是不适宜的。对于该类研究，可以采用PFC2D程序。 2 开始启动

2.1 安装和启动程序

本节为首次使用UDEC的用户提供指导。如果你熟悉该程序仅仅是偶尔使用，你会发现本节尤其是2.6节对于改变你原有印象是有帮助的。UDEC程序共有65个主命令，有接近400个关键词。 2.1.7 内存赋值

UDEC自动调节内存大小达到8MB。可以通过下列命令查询、改变内存值： Uedc m Uedc 14 Print mem

如果更多的内存可以获得，其内存能够通过应用环绕磁盘文件获得额外内存。表2.2给出了最大块体数与所需内存的关系。

－3－

表2.年2 RAM与最大块体单元 RAM（MB） 最大刚性块体数 最大变形块体数* 2 400 300 4 2500 1000 8 7500 3000 16 15000 7000 * 假设每块体8个自由度。块体最大数随自由度的增加而减少。 2.1.9 运行UDEC call file.dat 2.1.10 安装测试程序

有三个简单的数据文件，test1.dat 、test2.dat、test3.dat用于程序测试。

2.2 简单演示－通用命令的应用

Block (0,0) (0,20) (20,20) (20,0) ; 产生一个块体 plot block ; 显示该块体 划分初始块体成小块体。 Crack (0,2) (20,8) Crack (5,3) (5,20) Crack (5,12) (20,18)

固定最下和最左块体，使之不可移动的命令如下： fix rang 0,20 0,5 fix rang 0,5 0,20

该命令固定形心处在0

prop mat=1 dens=2000

prop jmat=1 jkn=1.33e7 jks=1.33e7 jfric=20.0

对于该问题，所有的块体密度被指定为2000kg/m3。所有的节理切向刚度和法向刚度分别被指定为1.33e7，节理面的摩擦角为20o。下面将会发现，不同节理和块体可以赋予不同性质参数。

其次，在x和y方向的重力加速度可以通过如下命令予以赋值： set gravity 0，-10.0

为了吸收振动能量，引入阻尼命令 damp local

上述命令是UDEC的缺省阻尼条件，因此，DAMP local 实际上并不需要。我们在此仅仅是强调这是静态分析。

对于该点，问题很容易被执行。正如在后面能看到的，通过观测特定点的岩体运动有助于进行工程特性判断。在该问题中，我们监测模型右角点y方向的速度，记录该运动所采用的命令是：

hist yvel (20,20) type 1

关键词type 是在屏幕上以指定的间隔显示其值。 Step 100 ; 迭代次数

在计算过程中，当前的循环数，计算时间、最大不平衡力，在点（20，20）的y方

－4－

向速度以每间隔10次显示在屏幕上。

Plot hist 1 Title

HEAD> ASIMPLE SLOPE STABILITY EXAMPLE EQUILIBRIUM STAGE Plot block Save slope.sav

通过最左边的块体来研究边坡的特性： delete range 0,5 0,20

命令delete 将删除形心位于0

Cycle 1000

Plot block velocity 2.3 概念与术语

UDEC所涉及的一些术语大部分与其他应力分析程序类似。在UDEC模型中采用一些特殊的术语来描述不连续面特征。按分类给出如下的基本定义。图2.6给出所给出的术语定义。

UDEC MODEL －UDEC模型：是用户为模拟实际的物理模型建立的。当称之为UDEC模型，就意味着为数值求解定义的求解条件的一系列命令。

BLOCK － 块体：是离散单元计算的基本单元体。通过切割一个块体成多个小的块体产生UDEC模型。每一块可能与其他块体分离或通过界面力与其他块体相互作用的独立块体。

CONTACT － 接触：每一块体通过点接触与相邻块体连接。接触可以认为是施加外力到每一块体的边界条件。

DISCONTINUITY － 不连续面：是分离岩体成离散部分的地质特征。不连续面包括岩体中的节理、裂隙、断层和其他不连续特征。

图2.6 UDEC模型的例子

DOMAIN － 区域：是指块体间的空洞或空间。DOMAIN在UDEC模型中被处理为实体。每一个DOMAIN是由两个或多个接触面确定的封闭区域。外DOMAIN是指围绕UDEC模型的区域。

－5－

ZONE－单元：是由有限个单元组成的变形块体。在每一单元计算力学变化和温度变化。在UDEC采用三角单元。

GRIDPOINT －结点（或节点）：节点包括有限单元的角点。每一单元涉及三个节点。一对x和y坐标定义每一个节点。因此确定了有限单元的精确位置。另一节点的术语是node。

MODEL BOUDARY – 模型的边界：是一个UDEC模型的周边。边界与模型的外区域一致。内边界（即模型内的孔洞）也是模型的边界。每一内边界通过内区域定义。

BOUNDARY CONDITION － 边界条件：是约束或控制模型的边界（即对于力学问题固定位移或外力）。

INITIAL CONDITION － 初始条件：模型受扰动（开挖）或加载（支护）前的原岩应力状态。

NULL BLOCK－开挖块：表示模型中的空域（即材料不存在）。空块体可在后来加以改变，例如，模拟回填（但一旦块体从模型中删除，就不可能恢复）。

STRUCTURAL ELEMENT － 结构单元：用来表征结构（如隧道衬砌、锚杆和锚索）与岩体的相互作用的一维单元。结构单元也可以具有材料非线性。在大应变模型中可以出现几何非线性。

STEP －求解（或迭代）：尽管一个大的问题需要上万次计算才能达到稳定解，但一般典型问题的求解需要2000～4000次循环，可以获得系统的平衡或稳态流。

STATIC SOLUTION － 静态解：当模型中动能的变化速率接近可以忽略的情况时，UDEC就认为达到了静态或拟静态解。

UNBALANCED FORCE － 不平衡力：表示当静力分析中的力所处于的不平衡状态（即节理开始滑动或塑性流动）。

DYNAMIC SOLUTION － 动力解：尽管系统的缺省为静态求解过程，但可以进行动态分析。对于动态分析，全运动方程（包括惯性项）可被求解。动能的消耗产生直接影响。

2.4 UDEC模型：初始块体的划分

UDEC模型首先生成整个计算范围的单一块体。然后，通过用地质结构特征（如断层、节理裂隙等）和工程结构（如地下洞室与隧道等）作为边界，切割该块体成小的块体来考虑模型特征。

模型的所有块体都是通过块体质心和角点的坐标（x和y）确定。块体接触面以及变形块体的节点也通过他们的坐标位置确定。产生模型包括由端点坐标（x，y坐标）所定义的线段（splits）切割模型块体。

UDEC模型所有的条目（块体、角点、接触面、空区、节点和单元）都是通过位于主数组中的地址编号，由UDEC自动的、唯一识别和确定。这些编码号也可以用作特殊的单元。编码系统并不是顺序编码，所以用户必须通过绘图或打印加以识别。

例如，图2.7说明一个UDEC模型块体在x和y方向皆为10个单位（比如10m）。模型通过一水平不连续面（x=0,y=5 to x=10,y=5）划分成两个块体。这两个块体具有编号为2和118。块体通过位于块体角点之间的接触面连接。接触号是223和260。内部区域由两个接触面产生并由内部区域号297所识别。 显示在图2.7中的模型由列在下表中的命令产生。 block (0,0) (0,10) (10,10) (10,0) Crack (0,5) (10,5)

plot hold block num cont num dnum

两块体的每一块可通过产生有限单元形成变形体。图2.8给出了上部块体划分为8个单元和下部块体划分为4个单元的单元号。在两块体间产生了一个新的接触面（序号为606）。位于块体棱上的任何节点总会产生。新的接触606对应于上部块体的棱产生的新的角点。

Gen quad 11,6 range 0,10 0,5 Gen quad 10

－6－

Plot hold zone num cont num

图2.7 UDEC模型块体被划分成两个刚体

图2.8 包含两个变形块体的UDEC模型

2.5 命令语法

UDEC中所有命令都是面向单词，并由主要命令单词和随后的一个或多个关键词或

－7－