使用离散断裂网络(DFN)工具生成单元节理 (zone joint)

文摘   教育培训   2024-12-23 09:05   内蒙古  

1. 引言

过去,FLAC使用Interface【界面元的创建(Creation of Interface Geometry)】模拟地质不连续(断层和节理),但只可以模拟少数且不可相交的不连续,自从7.00.144开始引入类似3DEC和UDEC使用的节理表示方法单元节理(zone joints),这种方法可以显式地模拟多个相交的不连续,因而zone joints成为interface的替代方法。zone joints合使用了3DEC的块体边界和PFC的接触算法,打通了FLAC3D,3DEC和PFC,使得连续性模拟和不连续性模拟之间的界限变得不再明显。


2. zone joint的特性

(1) zone joints是双面的,因此它们的创建顺序不会影响结果,交叉点处的力/位移更准确。

(2) zone joints使用了PFC的接触模型,默认的本构模型是Mohr。
(3) zone joints可以用其它任何内置的接触模型来代替,并且可以使用用户定义的模型。
(4) zone joints目前仅限于小应变。
(5) 使用zone joints能够轻松地将3DEC中创建的模型导出到FLAC3D(block to-flac3d)。
(6) 可以计算zone joint的FOS。
zone joint使用了PFC的接触模型,默认的接触模型是Mohr。经常使用的接触模型有:
(1) 线性linear
(2) 线性接触键 linear contact bond
(3) 线性平行键 linear parallel bond
(4) 赫兹 hertz
(5) 滞后 hysteretic
(6) 平滑节理 smooth joint
(7) 平面节理 flat joint
zone joint命令共有8个,如下所示:
  • zone joint configure

  • zone joint create

  • zone joint create-contact

  • zone joint delete

  • zone joint gridpoint-stiffness

  • zone joint initialize-stresses

  • zone joint permeability

  • zone joint pore-pressure-update


3. 使用3DEC创建zone joint

创建zone joint的第一种方法是通过3DEC进行转换,其本质是在转换过程中使用了FLAC的zone joint create by-slot "jset"命令【3DEC模型转换到FLAC3D模型(block to-flac3d)】;创建zone joint的第二种方法是直接在FLAC2D或FLAC3D中使用命令zone joint create。zone joint使用了PFC的接触模型,默认的接触模型是Mohr。

block create brick -1 1 -1 1 -1 1block cut joint-set dip-direction 130 dip 40 origin 0 0 1block cut joint-set dip-direction 220 dip 60 origin 0 -0.25 1block zone gen-new min-edge 1 max-edge 1block to-flac3d block-id onmodel newzone import '3dec.f3grid'zone joint configurezone face skin zone joint create skinnedcontact prop stiff-norm 10 stiff-shear 10 friction 89


4. 使用Joint-Set工具创建zone joint
FLAC2D和FLAC3D引入了UDEC的节理生成器(Joint-Set Logic),如下图所示,这个向导完全对应(仿造)着UDEC命令:
block 0,0 0,10 10,10 10,0jset angle 45,2 trace 3,2 gap 2,1 spac 1,0.5jset angle -40,3 trace 2,1 gap 2,0.5 spac 1,0.4

5. 使用DFN生成器创建zone joint
在最新的FLAC版本中,增加了Fracture Wizard,即产生离散断裂网络DFN的工具,如下图所示,它的Domain面板与Joint-Set的Domain面板相同;General面板用来设置组名和最小长度;断裂模板(Fracture Template)用来设置其产状、位置和尺寸;生成准则(Generation Criterion)用来控制断裂密度。

为了创建节理,使用下面的命令:
program call 'sketch'zone joint configurezone joint create by-slot 'dfn' separate distinct-geometry

这将自动分离所有在槽 “dfn”中分配了组名的面。由于断裂具有非流行拓扑结构,因此需要使用特殊的关键字 distinct-geometry 。如果每个节理都是独立不相交的,则不需要使用该关键字进行分离。

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