Itasca软件介绍

Itasca系列软件岩土工程专业软件,包括FLAC2D、FLAC3D、UDEC、3DEC、PFC2D、和PFC3D，这些程序的共同特点如下：

针对岩土体问题开发、但不限于岩土体问题 可以解决大变形、甚至几何形态破坏问题 可以追踪记录破坏过程 多种岩土本构 地质结构面模拟 真时间历程动力模拟 地下水模拟 内置外接程序语言满足用户特定要求

FLAC2D/FLAC3D 岩土体工程高级连续介质力学分析软件

UDEC/3DEC 高级非连续力学分析软件

PFC2D/PFC3D 为类岩土材料和粒状系统设计的2D/3D微观力学离散元分析软件

浙江中科依泰斯卡岩石工程研发有限公司（英文: HydroChina—ITASCA R&D Center）系ITASCA国际集团于2011年在华设立的分支机构，旨在引进国际岩土咨询机构运营理念，联合国际和国内顶级水平技术力量打造具有国际水准、服务于工程建设的科研和开发团队，在中国开创商业化的工程研发新机制。 2100433B

第一章 绪论

第一节 数值模拟发展及其现状

第二节 岩土及采矿工程问题特点及数值模拟方法

第二章 Itasca软件特点及数值模拟方法

第一节 Itasca软件及其特点

第二节 Itasca软件数值计算方法

第三节 岩土和采矿工程问题的数值模拟步骤

第三章 模型边界的合理确定

第一节 开采引起的覆岩移动变形规律

第二节 单个巷道的影响范围

第三节 采动影响下模型边界位置的合理确定方法

第四节 模型边界位置对模拟结果的影响分析

第四章 模型边界条件及初始应力场的合理确定

第一节 模型边界条件的类型及其选择

第二节 采动影响的模型边界条件

第三节 模型边界条件对模拟结果的影响分析

第四节 初始地应力场的确定

第五章 岩体力学特性及其参数确定

第一节 岩体的力学特性

第二节 岩石与岩体力学参数的关系

第三节 岩石(体)力学参数的合理确定

第六章 软岩硐室围岩作用关系分析

第一节 工程概况

第二节 硐室围岩间接触关系反分析

第三节 支护与围岩的相互作用关系分析

第四节 软岩巷道中锚杆支护失效的机理

第五节 锚注加固机理分析

第七章 近距离厚煤层跨采对底板巷道围岩稳定性影响分析

第一节 工程背景

第二节 分析模型

第三节 近距离跨采围岩应力演化及特点

第四节 跨采巷道围岩位移规律及特点

第五节 底板巷道围岩控制技术

第八章 综放沿空留巷围岩稳定性影响分析

第一节 工程背景及技术关键

第二节 分析模型

第三节 综放沿空留巷围岩活动规律

第四节 综放沿空留巷围岩稳定性影响分析

第五节 综放沿空留巷围岩控制技术分析

第九章 锚杆支护参数对巷道围岩稳定性影响分析

第一节 工程地质条件

第二节 数值力学分析模型

第三节 锚网支护参数影响规律分析

第四节 相邻巷道掘进对巷道围岩稳定性的影响

第十章 不规则煤柱下工作面开采的三维数值模拟

第一节 工程概况

第二节 建立分析模型

第三节 开采对围岩应力变化的影响分析

参考文献2100433B

开发离散元商用程序最有名的公司要属由离散元思想首创者Cundall加盟的ITASCA国际工程咨询公司。该公司开发的二维UDEC(universal distinct element code)和三维3DEC(3-dimensional distinct element code)块体离散元程序，主要用于模拟节理岩石或离散块体岩石在准静或动载条件下力学过程及采矿过程的工程问题。该公司开发的PFC2D和PFC3D(particle flow code in 2/3 dimensions)则分别为基于二维圆盘单元和三维圆球单元的离散元程序。它主要用于模拟大量颗粒元的非线性相互作用下的总体流动和材料的混合，含破损累计导致的破裂、动态破坏和地震响应等问题。Thornton的研究组研制了GRANULE程序，可进行包括不同形状的干、湿颗粒结块的碰撞一破裂规律研究，离散本构关系的细观力学分析，料仓料斗卸料规律研究等。

随着离散元方法研究在国内的升温，也出现了用于土木工程设计的块体离散元分析系统2D—Block和三维离散单元法软件TRUDEC及应用，以及北京大学刘凯欣研究小组开发的基于二维圆盘单元和三维球单元为基础 的SUPER-DEM离散元力学分析系统。

中国科学院非连续介质力学与工程灾害联合实验室与极道成然科技有限公司联合开发了国内最新的离散元大型商用软件GDEM，该软件基于中科院力学所非连续介质力学与工程灾害联合实验室开发的CDEM算法，将有限元与块体离散元进行有机结合，并利用GPU加速技术，可以高效的计算从连续到非连续整个过程。

中冶赛迪公司在冶金、矿山、工程机械工程应用基础上，2013年推出的大型商业软件StreamDEM，是国内首款拥有完全独立的自主知识产权，代表了当时离散元的最高发展水平，让国人和世界站在了同一起跑线上。

长期以来，由于离散元法巨大的计算量，极大地限制了其实际应用，而随着现代研究与工程的需要，对离散元计算中的颗粒数也有着越来越高的需求。

2013年，南京大学地球科学与工程学院施斌教授课题组刘春博士通过两年的研究，开发了世界上第一个能在单台电脑上实现百万颗粒三维离散元动态模拟的系统“MatDEM”。此项研究也解决了离散元理论和应用中的一系列问题，得到了宏观模型力学性质与微观颗粒力学参数之间的转换公式，实现了离散元模型中能量转化和能量守恒。基于这些理论研究，可在计算机里构建具有和真实岩体相似力学性质和破坏性质的材料。并通过改变材料力学参数和应力状态，来研究不同条件下岩石的变形和破坏特征。MatDEM为研究岩土体微宏观联系、深部开挖、构造演化等问题提供了一个有效手段。

2016年，中国岩石力学与工程学会青托人才，南京大学刘春副教授研发了岩土体大型三维离散元软件MatDEM，采用创新的接触搜索算法和GPU矩阵计算法，极大地提高了其计算效率，在单台计算机上首次实现了百万单元的动态模拟，以及能量守恒模拟。在计算效率和计算单元数上达到国外商业软件PFC的30倍。商业软件价格通常数十万一份，通过自主研发创新，有效地降低了成本。正在完善MatDEM多场耦合功能。相关创新成果已发表于国际岩石力学顶级期刊JGR-Solid Earth数篇，已申请多项软件著作权与国家发明专利。

前言

第1章 FLAC程序概述

1.1 FLAC程序简介

1.1.1 FLAC程序概述

1.1.2 ITASCA公司简介

1.1.3 使用手册介绍

1.1.4 本构模型、网格生成、边界和初始条件及操作方式

1.2 有限差分与其他数值方法的比较

1.2.1 岩土工程数值模拟方法

1.2.2 有限元法

1.2.3 有限体积法

1.2.4 有限差分法与其他数值方法的比较

1.3 FLAC程序在岩土工程中的应用概况

1.3.1 基础工程

1.3.2 隧道及地下工程

1.3.3 边坡工程

1.3.4 路基工程

1.4 本章小结

第2章 FLAC3D原理及入门指南

2.1 FLAC3D基本原理

2.1.1 概述

2.1.2 空间导数的有限差分近似

2.1.3 运动平衡方程

2.1.4 应变、应力及节点不平衡力

2.1.5 阻尼力

2.2 FLAC3D的有限差分方程

2.2.1 本构方程

2.2.2 有限差分方程

2.3 有限差分求解方法及FLAC3D步骤

2.3.1 有限差分求解方法

2.3.2 岩土工程FLAC3D求解过程

2.4 FLAC3D基本命令

2.4.1 格式与编辑

2.4.2 关键词range相关命令

2.4.3 常用命令

2.5 FISH语言入门

2.5.1 FISH简介

2.5.2 FISH入门知识

2.6 FLAC程序求解基本过程实例

2.6.1 圆形隧道开挖模拟计算

2.6.2 模型建立

2.6.3 自重应力场模拟计算

2.6.4 隧道开挖模拟计算

2.6.5 本实例的FLAC程序

2.7 本章小结

第3章 FLAC本构模型与单元

3.1 弹性模型和开挖模型

3.1.1 弹性模型

3.1.2 开挖模型

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 应变硬化一软化模型

3.3.1 应变硬化与软化模型

3.3.2 节理化模型

3.3.3 双线性应变硬化一软化的节理化模型

3.4 双屈服、剑桥和霍克布朗模型

3.4.1 双屈服模型

3.4.2 修正的剑桥粘土模型

3.4.3 霍克一布朗模型

3.5 梁、衬砌、锚索和桩单元

3.5.1 梁单元

3.5.2 衬砌单元

3.5.3 锚索单元

3.5.4 桩单元

3.6 二维单元

3.6.1 二维岩石锚杆单元

3.6.2 二维条形锚单元

3.6.3 二维支撑单元

3.7 三维单元

3.7.1 三维壳体结构单元

3.7.2 三维土工格栅单元

3.8 本章小结

第4章 FISH语言及建模技术

4.1 函数变量名定义规则

4.1.1 命令行

4.1.2 函数和变量名

4.2 函数变量操作

4.2.1 作用范围

4.2.2 数组

4.2.3 函数操作

4.2.4 函数删除与重定义

4.3 数据类型

4.3.1 基本类型

4.3.2 四则运算与类型转换

4.3.3 字符串

4.4 控制语句

4.4.1 选择

4.4.2 条件

4.4.3 循环

4.4.4 其他控制语句

4.5 网格生成

4.5.1 网格生成器建模

4.5.2 基于FISH编程的网格生成

4.6 边界条件

4.6.1 应力边界

4.6.2 位移边界

4.7 初始条件与加载顺序

4.7.1 初始条件

4.7.2 加载顺序

4.8 本章小结

第5章 隧道及地下工程设计与施工方法

5.1 隧道及地下工程发展概况

5.1.1 发展阶段

5.1.2 隧道及地下工程的用途

5.1.3 可持续发展的隧道及地下工程

5.1.4 隧道及地下工程发展概况

5.2 隧道及地下工程设计方法

5.2.1 隧道及地下工程设计分析力学模型

5.2.2 工程类比法

5.2.3 载荷一结构法

5.2.4 地层一结构法

5.3 隧道及地下工程施工方法概述

5.3.1 新奥法

5.3.2 浅埋暗挖法

5.3.3 明挖法及其变种方法

5.3.4 盾构法

5.3.5 沉管法

5.3.6 辅助工法

5.4 本章小结

第6章 双线铁路隧道施工过程分析

6.1 双线铁路隧道设计

6.1.1 横断面设计

6.1.2 防水设计

6.1.3 施工方案设计

6.2 V级围岩施工过程模拟

6.2.1 模型建立

6.2.2 自重应力场模拟计算

6.2.3 隧道左上部分开挖模拟计算

6.2.4.隧道左下部分开挖模拟计算

6.2.5 隧道右上部分开挖模拟计算

6.2.6 隧道右下部分开挖模拟计算

6.2.7 二衬施作模拟计算

6.3 IV级围岩施工过程模拟

6.3.1 F工,AC3D程序

6.3.2 计算结果

6.4.IIl级围岩施工过程模拟

6.4.1 FLAC3D程序

6.4.2 计算结果

6.5 本章小结

第7章 分离式公路隧道施工过程分析

7.1 分离式公路隧道设计

7.2 IV级围岩模型建立

7.2.1 建模考虑

7.2.2 右隧道网格生成

7.2.3 右隧道边界网格生成

7.2.4 完整模型网格生成

7.3 自重应力场模拟计算

7.3.1 FLAC3D程序

7.3.2 计算结果

7.4 左隧道施工模拟计算

7.4.1 上台阶施工

7.4.2 下台阶施工

7.4.3 施作左隧道二次衬砌

7.5 右隧道施工模拟计算

7.5.1 上台阶施工

7.5.2 下台阶施工

7.5.3 施作右隧道二次衬砌

7.6 本章小结

第8章 地铁盾构隧道施工过程分析

8.1 地铁盾构隧道设计

8.1.1 地铁盾构隧道的特点

8.1.2 盾构隧道施工过程模拟方法

8.1.3 盾构隧道设计

8.2 三维模型建立

8.3 施工过程模拟计算

8.3.1 自重应力场模拟计算

8.3.2 左隧道施工模拟计算

8.3.3 右隧道施工模拟计算

8.4 计算结果

8.4.1 自重应力场

8.4.2 左隧道施工

8.4.3 右隧道施工

8.5 本章小结

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