1 引言
支护设计是岩土工程经常遇到的一个场景,根据支护材料的受力特征,可以把支护型式简化成各种各样的模型,例如Beam, Liner, Cable, Pile, Rockbolt, Strip, Support, Shell等。其中Cable单元和Pile单元都可以承受岩石或土的剪切力,如果不考虑弯曲刚度,那么可以用Cable单元代替Pile单元。Cable单元在地下采矿或一些深部隧道工程中主要用来模拟锚索。之所以想起这个问题,是因为有位同学问了一个题目,该题目应用到了cable单元,因此顺便对cable单元在FLAC3D, UDEC和3DEC中的命令作一简要回顾。
2 命令转换
在回顾cable命令之前,先讨论一下命令转换。相对于以前的版本,7.0版本的命令发生了较大的改变,为了使用户平稳地从低版本过渡到7.0版本,FLAC3D,UDEC,3DEC都内置了一个命令转换工具。大多数命令使用这个工具能够实现自动转换,但不是所有的命令都能一蹴而就。实践证明,对于实际问题,大多数还必须进行手工修改。下面简要描述这个题目中遇到的两个问题。
(1) 材料属性不能自动转换,这是由于在转换过程中,程序不能识别bulk是bulk-maximum,bulk,bulk-reference中的哪一个,同理程序也不能识别shear是shear-reference, shear, shear-maximum, flag-shear, shear-minimum中的哪一个。因此必须手工改正:
zone cmodel assign mohr-coulomb
zone property shear 1.25e9 bulk 1.31e9 ...
friction 20 cohesion 1.42e6 ...
tension 0.81e6 ...
range group 'mudstone'
(2) cable的预拉力,由于7.0版本去掉了pretension这个关键字,因此必须手动修改。
structure cable apply tension value 6e9
3 Cable命令
下面简要回顾FLAC3D, UDEC和3DEC中Cable的命令格式,尽管Cable的属性基本相同,但命令格式有所不同, FLAC3D和3DEC的格式趋于相同, 但也有一些显著的差别,例如3DEC引入了新的cable单元sel hybrid,这是FLAC3D没有的。
3.1 FLAC3D和3DEC
FLAC3D的命令是structure cable
structure cable create by-line (x1,y1,z1) (x2,y2,z2) ...
segments [segs]
structure cable property young 2e10 yield-tension 1e8 ...
1.0
structure cable property grout-stiffness 2e10 ...
1e10 grout-perimeter 1.0
3.2 UDEC
UDEC的命令是block structure cable
block structure cable create begin x1 y1 end x2 y2 ...
segments 5 material-steel 2 material-grout 3 ...
material-first-node 2
block struct cable property material 1 cross-sectional-area 1.81E-4 ...
density 7.5E3 rupture-tension-strain 1E30 yield-compression 1E10 ...
yield-tension 2.32E5 young 9.86E10 grout-stiffness 1.12E7 ...
grout-strength 1.75E5 spacing 1