FLAC2D---过去，现在和将来

1 引言

有位同学让介绍一下FLAC2D, 显然这么一篇短文很难清楚地描述其复杂的功能，因此这篇文章作为一个开始，仅简要介绍一下FLAC2D的过去，现在和将来，使得那些刚刚接触FLAC的同学在头脑中形成一个“big picture"。FLAC利用显式的有限差分公式求解岩土工程问题，可以对复杂的行为建模，例如由多个阶段组成的问题，大位移和大应变问题，非线性材料行为或不稳定的系统（甚至大面积屈服/破坏或完全坍塌）。在过去，FLAC2D正式的名称就叫FLAC，只是有些人为了与FLAC3D区别，称之为FLAC2D。在下文的描述中，我们只称作FLAC (新版本确实正式改名叫FLAC2D了)。尽管FLAC3D 在学术界非常活跃，但在工程界主要使用FLAC。与FLAC3D相比，FLAC建模容易，计算速度快，得出的结果基本能满足工程设计需求。因此，一些相对"高端"的岩土工程咨询公司还继续使用FLAC解决工程中遇到的问题。   

2 FLAC 的过去

FLAC是Itasca系列中最早商业化的一个软件，于1986年正式作为商业软件对外发布。在此之前，只在明尼苏达大学土木工程系内部研究使用，但FLAC的基本思想始于1970年代初，由当时在英国帝国理工学院的Peter Cundall最先提出并且编写了FLAC程序。大约在1990年，FLAC开始传入中国的高校---FLAC 2.25版本，这是一个非常经典的版本，首先在东北大学采矿工程系的研究生中使用，然后迅速传遍全国，影响了一大批从事岩石力学和土力学的研究人员，这个版本在中国至少用了10年。

随着Windows系统的出现，FLAC在4.0版本开始增加了图形用户界面(GIIC)，GIIC是用Java语言开发的。FLAC和UDEC使用了非常相似的用户界面GIIC，参看《UDEC: 岩体边坡阶梯状节理模拟---一个操作指导》GIIC一直用到目前的FLAC 8.0和UDEC 6.0.  下图所示的是FLAC的发展简史。 

3 FLAC 的现在

3.1 发展状况

随着计算机硬件和软件技术的发展，随着岩石力学和土力学理论研究的发展，FLAC一直在不断地进化，从本构模型，计算方法到用户界面都发生了显著的进步。

目前FLAC的最新版本是8.10.471。

FLAC与UDEC一样，尽管发展了图形用户界面GIIC，但仍然保留着在DOS下运行的功能。对于初学者来说，建议在DOS系统下进行练习，这样能够明白每一条命令的确切含义。一旦掌握了命令的基本含义和操作后再转到GIIC会容易操作些。

FLAC的工具栏基本上是按照工作流程排列的，【Build】工具用于产生模型的基本形状，【Alter】工具用来划分网格以及改进模型内部的一些几何属性，例如增加界面元用来模拟节理或断层，【Materials】工具用来定义材料参数值，【In Situ】工具用来设置边界条件，【Utility】工具用来产生history, 输入table, 使用FISH等，【Structure】用来定义支护参数，假如模型中有支护；【Settings】用来设置模型运行的一些参数，例如重力加速度等，【Plot】工具用来设置图形输出，【Run】工具用来运行数据文件。   

3.2 本构模型

本构模型是数值模拟的发动机，因此介绍一下FLAC的本构模型。FLAC内置了主要的经过实践验证的本构模型---弹性模型和塑性模型。这些本构模型能够上满足了大多数岩土工程项目的需求。

弹性模型：

Elastic, Isotropic ModelElastic, Transversely Isotropic Model

塑性模型：

Drucker-Prager ModelMohr-Coulomb ModelUbiquitous-Joint ModelStrain-Hardening/Softening ModelBilinear Strain-Hardening/Softening Ubiquitous-Joint ModelDouble-Yield ModelModified Cam-Clay ModelHoek-Brown ModelModified Hoek-Brown ModelCap-Yield (Cysoil) ModelSimplified Cysoil (Chsoil) ModelSwell ModelNorSand modelSoft-Soil ModelSoft-Soil-Creep ModelPlastic-Hardening Model with Small-Strain Stiffness

FLAC还有四个附加模块：动力分析，蠕变分析，两相流和热分析。此外，假如只做普通的边坡稳定性分析，直接使用FLAC-Slope就可以完成，操作简单。

4 FLAC 的将来---一切从FLAC2D 7.0开始

UDEC 从7.0版本开始放弃使用了GIIC，估计FLAC 8也是GIIC的最后一个版本。Itasca的计划是把所有软件都统一到新的用户平台上，参看《FLAC3D 7.0 新特性简介(P5)---用户界面改进》。FLAC现在合并到FLAC3D 7.0中，也就是说，当安装FLAC3D 7.0时， 自动安装了FLAC2D 7.0。FLAC2D 7.0目前还处于测试状态，没有正式发布。新版的FLAC2D命令格式与FLAC3D基本相同，用户界面也一样。

文件调用格式：

program call 'PrandtlsWedge'program call 'check' suppress

模型控制开关：

model newmodel large-strain offmodel flac-strain-mixing onfish automatic-create off;model deterministic off

网格生成：

zone create quad size 6 20 point 1=3.0,0.0 ratio 0.9 0.97zone create quad size 20 20 point 0=3.0,0.0 point 1=20.0,0.0 ratio 1.08 0.97zone gridpoint initialize position-y 0.5 multiply

材料参数设置：

zone cmodel assign mohr-coulombzone property bulk 2.e8 shear 1.e8 cohesion 1.e5zone property friction 0. dilation 0. tension 1.e10

组名设置：

zone face group 'Footing' range position-x 0 3 position-y 10

边界条件：

zone face apply velocity-normal 0.0 range position-x 0zone face apply velocity (0.0,0.0) range union position-x 20 position-y 0zone gridpoint fix velocity (0,-0.5e-5) range position-x 0 3 position-y 10zone gridpoint free velocity-x range position-x 3 position-y 10

FISH 调用：

program call 'footing-load'[setup('Footing')]; Take some historiesfish history loadfish history solutionfish history dispmodel history mechanical ratio-local

模型运行：

model cycle 25000; Save the modelmodel save 'pran'program return

5. 结束语

本文简要介绍了FLAC2D的过去，现在和将来。通过这个简介，能使得初次接触FLAC的同学有一个总体概念，以后会逐步深入了解FLAC2D的工作机理。