FLAC3D和3DEC之间的耦合

岩土工程数值模拟方法的耦合不是一个新的想法，最初的耦合主要是为了提高计算效率，例如在开挖体的近域使用离散元模拟，在开挖体的远域使用边界元或有限元，通过保证在耦合线(面)的连续性，可以模拟一些规模较大的工程问题，如崩落采矿或地表下沉等。岩土工程还有另一个重要的特征是在某些情况下材料的强度和刚度变化显著，如节理和断层的呈现、岩石和土以及混凝土的共存等(典型的情形是大坝或堤坝)，在这种情况下也可能需要考虑耦合。

过去已经实现了PFC和FLAC的耦合，现在Itasca 9.0实现了FLAC3D和3DEC的耦合，就岩土工程真实的问题来说，这种耦合比PFC-FLAC之间的耦合更有实际意义，3DEC 和 FLAC3D 之间的耦合对于模拟涉及不同材料类型和行为相互作用的复杂岩土问题是必要的，本文简要讨论了FLAC3D和3DEC耦合之间的耦合。

2. 意义

3DEC主要对具有节理、块体和界面等不连续性的离散系统进行模拟，它非常适合表示岩体、裂隙介质以及结构和颗粒材料之间的相互作用；FLAC3D有效地模拟连续介质力学问题，包括应力应变分析、变形和流体流动。

耦合可以对具有连续和离散元的系统进行分析。耦合的主要优点：

(1) 复杂系统的更真实表示：准确地模拟通常涉及连续行为和离散行为的现实场景。

(2) 揭示单个代码不可能获得的见解：揭示单独分析可能被忽视的相互作用和机制。

(3) 改进的预测能力：增强对模型结果的信心并做出更明智的工程决策。

(A) 模拟复杂的地质结构：地质构造通常由多层不同的岩石类型、土和其他材料组成。这些材料可能表现出不同的力学性能和行为，例如弹性、塑性和断裂。3DEC 和 FLAC3D 之间的耦合允许通过用各自的本构模型表示不同的材料来模拟这些复杂的地质结构。

(B) 模拟渐进式破坏：一些岩土工程问题涉及材料的逐渐破坏。例如，随着时间的推移，隧道的倒塌或边坡的破坏可能会逐渐发生。3DEC 和 FLAC3D 之间的耦合允许在两个模型之间传递力和位移，从而能够模拟渐进式破坏。

(C) 提高计算效率：在某些情况下，耦合 3DEC 和 FLAC3D 可以提高计算效率。通过在两个软件之间分配计算负载，可以减少总体模拟时间。此外，耦合允许在模型的不同部分使用不同的时间步，这可以进一步提高效率。

(1) 对模型的不同区域分别使用3DEC和FLAC3D建立模型和设置材料参数；

(2) 对3DEC模型和FLAC3D模型分别定义耦合面；

3DEC: block gridpoint group '3dec_gps'FLAC3D: zone face group 'f3d_faces'

(3) 建立耦合

zone-block create zone-face-group 'f3d_faces' block-gp-group '3dec_gps'

目前FLAC3D和3DEC之间的耦合方式是以FLAC3D作为主体，即必须在FLAC3D中进行耦合，似乎不能在3DEC中实现耦合。

下图所示的是一个"三明治"模型的简单试验，上下两部分是FLAC3D，中间部分是3DEC。比较不好处理的是图例显示，应该设计增加一种能够连续显示的选择模式。 

3DEC 和 FLAC3D 之间的耦合为模拟涉及不同材料类型、行为和条件相互作用的各种岩土工程问题提供了强大的工具，它使工程师和研究人员能够更好地了解复杂的岩土现象并设计更安全、更高效的结构，实现更全面、更可靠的分析。