FLAC 改进的流体流动和热分析 (V9.10.5)
摘要
Itasca公司在其V9.10.5版本中更新了FLAC2D和FLAC3D，主要改进包括简化力-流体和力-热耦合命令、引入新单元流体属性命令、新增稳态流求解命令、用户自定义渗透饱和曲线、多种土饱和-吸力模型等。这些更新使FLAC2D和FLAC3D在渗流、有效应力分析等方面更加强大和易用，提高了用户的灵活性和便利性。
正文
1. 引言
2. 新的改进
zone fluid property permeabilityzone fluid property porosityzone fluid property biotzone fluid property undrained-thermal-coefficient
相关命令：
model configure fluidzone fluid cmodel assign isotropiczone fluid property-distribution deviation-gaussianzone fluid zone-based-pp
(2) 新的稳态流求解
如果不需要瞬态响应，可以使用新的 ZONE FLUID STEADY-STATE 命令快速求解到稳态，而无需循环。
(3) 现在可以通过table表格创建用户自定义的渗透饱和曲线。
(4) 新的土饱和-吸力模型，包括Gardner、Brooks & Corey、Van-Genuchten 模型以及
用户自定义table。
(5) 新的湿密度等值线绘图。
(6) 新增非饱和材料的快速隐式流体求解器。
(7) 新的时步伺服功能，可自动调整时步 (从显式到隐式，必要时再返回)，以尽可能快地求解流体流动和热模型。
3. FLAC3D simple-fluid模式
为了从非饱和情况的隐式方法中受益，FLAC3D 提供了一种称为simple-fluid的替代方法，能够显著提升运算时间，通过命令 model simple-fluid on激活，默认情况下是off。此选项允许在模型中指定始终饱和的流体单元：
(1) 根据指定关系从基质吸力计算表观饱和度(或饱和比);
(2) 根据指定关系的表观饱和度计算渗透率比(或相对渗透率)降低的渗透率;
(3) 在零孔压等值线下计算浸润面。
4. 土-水特征曲线SWCC
4.1 简单关系
此关系假设当基体吸力
(孔隙压力是负时为正值)小于输入吸力极限
时，饱和度为 1，而当基体吸力等于或大于输入吸力极限时，饱和度为0：
4.2 Brooks-Corey关系
Brooks-Corey (1964)的关系假设，当基质吸力小于进气吸力
时，饱和度为1；而当基质吸力等于或大于进气吸力时，它是一个幂函数：
其中是以应力为单位的进气吸力，n是一个称为孔径指数的无量纲材料参数。
4.3 Van Genuchten关系
Van Genuchten (1980)的关系是：
其中
是以应力单位为单位的参考吸力，m和n是无量纲材料参数。
4.4 Gardner 关系
Gardner (1958)的关系是：
其中是以应力单位为单位的参考吸力，a和n是无量纲材料参数。
4.5 Fredlund-Xing 关系
Fredlund-Xing（1994）的关系是：
其中C的值在 [0,1]；是参考吸力，
是残余吸力，
是极限吸力(典型值为1e6 kPa)，均以应力为单位; m和n是无量纲的材料参数；e是自然对数的底数。
4.6 表关系
表关系(table)允许通过分配表来输入表观饱和度和基质吸力之间的任何用户定义的分段关系(见第一个图)。该表的值由
对来定义。表观饱和度是通过表中的线性插值方法计算的，该方法基于矩阵吸力的对数刻度(以10为底)。
4.7 FLAC3D命令
zone fluid saturation-suction命令设置表观饱和度类型(0~1)，作为基质吸力(负孔隙压力的相反符号值，单位为应力)的函数，仅在简单流体逻辑中有效。关键字如下：
(1) brooks-corey f1 f2 设置饱和-吸力的布鲁克斯-科里方程，并分别设置两个参数，即空气进入应力(以应力为单位)ψae 和孔径指数(无量纲)n。
(2) gardner f1 f2 f3 设置加德纳饱和-吸力方程，分别有三个参数：a、n和参考吸力 ψr。
(3) suction f 设置吸力阈值，当吸力小于该值时，视饱和度为 1，当基体吸力达到该值时，视饱和度为 0。
(4) table s 设置表观饱和度（table-y）的表名，作为矩阵吸力（table-x）的片断函数。请注意，插值是基于矩阵吸力的对数标度（以 10 为底）。
(5) van-genuchten f1 f2 f3 分别用 n、m和参考吸力 ψr三个参数设置饱和-吸力的 Van Genuchten 方程。
(6) fredlund-xing f1 f2 f3 f3 f4 f5 设置饱和-吸力的 Fredlund-Xing 方程，分别有 n、m、参考吸力 ψr、残余吸力 ψs和极限吸力（如果以 kPa 为单位，典型值为 1e6）五个参数。
5. 渗透率与表观饱和度关系
5.1 S 形关系
它是渗透率和表观饱和度的正常数值尺度中的S形函数。如果渗透率为对数刻度，则它不会显示为 S 形。
5.2 恒定关系
无论表观饱和度如何，渗透率都是常数1.0。由于比排水量不会随着表观饱和度的降低而降低，因此应谨慎使用。
5.3 表关系
与上述4.6节的描述相同。
5.4 FLAC3D命令
zone fluid permeability-saturation
设置作为表观饱和度(0~1)函数的渗透率类型(0~1)，仅在简单流体(simple-fluid)逻辑中有效。关键字如下：
(1) constant 设置恒定的渗透率为 1.0，或表观饱和度不降低渗透率。
(2) s-shape 通过 3.1节所示的关系式，将渗透率k^ 设置为可观饱和度s^的s形函数。
(3) table s 设置渗透率(table-y)与表观饱和度(table-x)的表名称。请注意，线性插值是以渗透率的对数刻度(10 为底)为基础的。
