FLAC2D理論與實務

序 ／ I
本書的使用 ／ II

第一章　概述 ／ 1
1.1 FLAC2D 9.0版與FLAC 8.1版的差異與互通 ／ 2
1.2 本書的獨特表現方式 ／ 10
1.3 軟體使用說明(手冊) ／ 11
1.3.1 本書與軟體使用手冊(Documentation) ／ 12
1.4 新手上路 — 以Project檔掌控整個分析 ／ 13
1.4.1 起始(Startup)對話框 ／ 13
1.4.2 設置一個新的Project資料夾及Project檔 ／ 14
1.4.3 儲存及關閉Project ／ 17
1.4.4 再次開啟project檔 ／ 18

第二章　視窗環境 ／ 21
2.1 FLAC2D的視窗及環境設定 ／ 21
2.1.1 視窗第I區 ／ 21
2.1.2 視窗第II區 — 工作區.. 33
2.1.3 視窗第III區 ／ 37
2.1.4 視窗第IV區 ／ 39

第三章　建模與分析流程 ／ 43
3.1 簡單好用的圖形介面 ／ 43
3.1.1 草圖繪製工具 ／ 44
3.1.2 建模與分析流程範例1 — 單一土層邊坡的建模 ／ 45
3.2 FLAC的分析流程 ／ 57
3.2.1 建模與分析流程範例2 — 二層土壤邊坡開挖穩定分析 ／ 61
3.2.2 建模與分析流程範例3 — 具不規則土層的邊坡穩定分析 ／ 83
3.3 利用繪圖精靈(Wizard)繪製草圖 ／ 99
3.3.1 利用邊坡精靈繪製草圖 ／ 99
3.3.2 利用隧道精靈繪製草圖 ／ 103
3.4 使用指令驅動方式建模 ／ 112
3.4.1 使用原型模板建模 ／ 112
3.4.2 鏡射複製 ／ 116
3.5 匯入DXF檔建模 ／ 117
3.6 格區及格點資訊查詢 ／ 120
3.6.1 查詢格區資訊 — Query工具 ／ 120
3.6.2 查詢格點的資訊 ／ 121
3.6.3 格區資訊的輸出 (List Information) ／ 122

第四章　FLAC的理論與分析基礎 ／ 125
4.1 分析模型的專用詞彙 ／ 125
4.2 基礎工程力學 ／ 126
4.2.1 運動方程式 (Equation of Motion) ／ 127
4.2.2 應力-應變關係 — 組成律 ／ 128
4.2.3 平面應變、平面應力與軸對稱分析 ／ 128
4.3 基礎土壤力學 ／ 129
4.3.1 土壤三相與飽和度 ／ 129
4.3.2 體積模數與剪力模數 ／ 129
4.3.3 水的相關性質參數 ／ 129
4.3.4 總應力與有效應力 ／ 130
4.3.5 靜止土壓力係數 (K₀) ／ 130
4.3.6 土壤剪力強度參數 ／ 132
4.4 FLAC2D的運算機制 ／ 133
4.4.1 FLAC2D的運算原理 ／ 134
4.4.2 時階 (Timestep) 的決定 ／ 134
4.4.3 FLAC2D 的運算循環 ／ 135
4.5 邊界條件與初始條件 ／ 140
4.6 範圍與群組 (Range and Group) ／ 141
4.7 材料的性質 ／ 142
4.7.1 固有的變形性質 (Intrinsic Deformability Properties) ／ 142
4.7.2 固有的強度性質 (Intrinsic Strength Properties) ／ 144
4.7.3 後破壞特性 (Post-Failure Properties) ／ 146
4.8 收斂準則及設定 ／ 149
4.9 安全係數 ／ 153
4.9.1 強度折減法 ／ 153
4.9.2 極限分析法 (Limit Analysis) ／ 154
4.9.3 極限平衡法 (Limit equilibrium) ／ 155
4.9.4 FLAC如何進行安全係數的計算 ／ 155
4.9.5 計算安全係數應注意事項 ／ 158
4.9.6 指令model factor-of-safety的常用關鍵字 ／ 159
4.9.7 安全係數分析結果的表現方式 ／ 160
4.10 機械阻尼 (Mechanical Damping) ／ 161
4.11 改善運跑的提示與建議 ／ 163

第五章　組成律與界面元素 ／ 165
5.1 土壤彈塑性力學概要 ／ 166
5.1.1 土壤彈塑性組成律的五大要素 ／ 167
5.1.2 應力空間與應力點(Stress Points) ／ 170
5.1.3 應力與應變參數之間的關係 ／ 171
5.2 FLAC 內建的組成律模式 ／ 173
5.2.1 FLAC 的塑性組成律概述 ／ 175
5.2.2 選擇組成律模式 ／ 176
5.3 增量公式的制定(Incremental Formulation).. 179
5.3.1 塑性流理論之增量方程式 ／ 179
5.3.2 增量方程式之實施 (Implementation) ／ 182
5.4 等向彈性組成律 (Isotropic Elastic Model) ／ 182
5.5 莫爾-庫倫組成律模式 (Mohr-Coulomb Model) ／ 183
5.5.1 模式制定 (Formulations) ／ 183
5.5.2 莫爾-庫倫模式之實施步驟 (Implementation Procedures) ／ 190
5.5.3 莫爾-庫倫模式屬性 ／ 190
5.6 塑性硬化模式 (Plastic-Hardening Model).. 191
5.6.1 PH 模式的雙曲線公式.. 191
5.6.2 PH 模式制定 (Formulation) ／ 192
5.6.3 PH 模式之屬性參數 ／ 198
5.6.4 由三軸及壓密試驗校準PH 模式之屬性參數 ／ 201
5.6.5 塑性硬化小應變勁度選項 ／ 206
5.6.6 四種不同模式的比較 ／ 208
5.7 修正劍橋模式 Modified Cam-Clay Model.. 209
5.7.1 等向壓密 (Isotropic Consolidation) ／ 210
5.7.2 臨界狀態架構 (Critical State Framework) ／ 211
5.7.3 FLAC 修正劍橋模式 ／ 215
5.7.4 MCC 模式輸入參數之取得 ／ 217
5.8 遍在節理模式 (Ubiquitous-Joint Model) ／ 219
5.8.1 材料屬性 — 以文字編輯器輸入 ／ 219
5.8.2 材料屬性 — 以圖形介面輸入 ／ 220
5.8.3 遍在節理模式輸入範例 — 砂頁岩互層邊坡 ／ 221
5.9 界面元素 (Interface Elements) ／ 224
5.9.1 界面的組成 ／ 224
5.9.2 彈性界面 ／ 225
5.9.3 非彈性界面邏輯 ／ 226
5.9.4 界面元素的創建 ／ 231
5.9.5 界面的指令語法 ／ 231
5.9.6 界面元素材料屬性的賦值 ／ 232

第六章　指令 ／ 237
6.1 變數的型別 (Variable Types) ／ 238
6.2 常用的指令與關鍵字 ／ 239
6.2.1 FLAC的常用關鍵字 ／ 240
6.2.2 指令mode 的常用關鍵字 ／ 241
6.2.3 指令program的常用關鍵字 ／ 241
6.2.4 指令zone的常用關鍵字 ／ 242
6.2.5 指令zone gridpoint的常用關鍵字 ／ 244
6.2.6 指令zone face的常用關鍵字 ／ 244
6.2.7 Table的語法及常用關鍵字 ／ 245
6.2.8 Sketch(繪製草圖)的常用指令及關鍵字 ／ 246
6.3 看懂錯誤訊息及除錯方法 ／ 248

第七章　FISH由淺入深 ／ 253
7.1 FISH概述 ／ 253
7.1.1 本章中英詞彙對照 ／ 253
7.1.2 Fish的基本概念 ／ 254
7.2 FISH的規則及操作 ／ 262
7.2.1 FISH程式行(Lines)的基本規則 ／ 262
7.2.2 Fish的資料型別 (Data Types) ／ 264
7.2.3 函式的架構、評估與調用機制 ／ 293
7.2.4 FISH運算子 (Operators) ／ 296
7.2.5 全域符號與局部符號 ／ 299
7.2.6 執行Fish：「內聯Fish」或「Fish片段」 ／ 301
7.2.7 拆分 (Splitting)：使用多線程於Fish ／ 305
7.2.8 Fish Operator：為多線程 (Multiple Threads) 編寫函式 ／ 312
7.2.9 Fish函式重新定義 ／ 317
7.2.10 Fish回調事件 (Fish callback events) ／ 317
7.3 FISH語句 (FISH Statements) ／ 321
7.3.1 Define – End 語句 ／ 322
7.3.2 Loop – Endloop – Exit 與 Loop – Continue 語句 ／ 322
7.3.3 If – Else If – Else – EndIf 語句 ／ 327
7.3.4 Command – EndCommand 語句 ／ 328
7.3.5 Global 與 Local 語句 ／ 329
7.3.6 Caseof – Case – Endcase 語句 ／ 329
7.3.7 Section – EndSection – ExitSection 語句 ／ 331
7.3.8 Exit 語句 ／ 331
7.3.9 Lock 語句 ／ 331
7.3.10 Return 語句 ／ 333
7.3.11 Struct (或 Structure) 語句 ／ 333
7.4 FISH 指令 (Fish Commands) ／ 336
7.4.1 Fish automatic-create 指令 ／ 337
7.4.2 Fish boolean-convert 指令 ／ 337
7.4.3 Fish callback 指令 ／ 337
7.4.4 Fish debug 指令 ／ 338
7.4.5 Fish define 指令 ／ 338
7.4.6 Fish history 指令 ／ 338
7.4.7 Fish list 指令 ／ 339
7.4.8 Fish operator 指令 ／ 339
7.4.9 Fish results 指令 ／ 340
7.4.10 Fish structure 指令.. 340
7.4.11 Fish trace 指令 ／ 340
7.5 FISH 的內建函式 ／ 340
7.5.1 Fish 型別指示符 (Fish Type Index) ／ 341
7.5.2 Fish 內建函式的查詢 ／ 342
7.6 FISH 綜合範例 (Tutorial).. 343
7.6.1 Fish 綜合範例 — 初階篇 ／ 343
7.6.2 Fish 綜合範例 — 進階篇 ／ 355

第八章　地下水 ／ 401
8.1 地下水分析的基本概念 ／ 402
8.1.1 FLAC的計算基礎 ／ 402
8.1.2 力學場與流體場 ／ 403
8.1.3 水不流動與水會流動的概念 ／ 404
8.1.4 完全飽和與非飽和水流 ／ 404
8.1.5 時間與模擬方法 ／ 404
8.1.6 水在分析中的參數預設值 ／ 405
8.2 水流分析的相關參數 ／ 406
8.2.1 模擬方法的選擇 ／ 414
8.3 地下水分析的邊界及初始條件 ／ 417
8.4 地下水不流動的分析 ／ 424
8.4.1 乾式模擬 ／ 424
8.4.2 水不流動分析範例 — 乾式模擬 ／ 428
8.4.3 濕式模擬 — FLAC的標準模擬方式 ／ 437
8.4.4 水不流動的分析範例 — 採FLAC 的標準方法 ／ 440
8.5 僅有水流的分析 ／ 450
8.5.1 僅有水流的分析範例 ／ 452
8.5.2 水流分析相關指令彙整 ／ 460
8.6 水流與力學的耦合分析 ／ 460
8.6.1 水流與力學運算的切換 ／ 461
8.6.2 次循環運算 (Substeps) 的指派 ／ 462
8.6.3 運算的資訊 (Cycling Information) ／ 462
8.6.4 耦合飽和快速流方法 (Saturated Fast-Flow Scheme) ／ 463
8.6.5 耦合分析的執行順序 ／ 463
8.7 非耦合分析 (Uncoupled Drained Analysis) ／ 464
8.7.1 耦合與非耦合分析範例 — 基礎座落於飽和黏土層之壓密分析 ／ 465
8.7.2 耦合分析範例 — 開挖回漲 ／ 478
8.7.3 非耦合分析範例 — 地下水位抬升引致邊坡滑動 ／ 483
8.8 本章結論與提示 ／ 488

第九章　結構元素 ／ 491
9.1 FLAC2D 的結構元素 ／ 491
9.1.1 選用適當的結構元素 ／ 491
9.1.2 五種結構元素的特性 ／ 492
9.1.3 結構元素的創建 ／ 494
9.1.4 局部座標系統與正負號約定 ／ 499
9.1.5 結構元素的節點 ／ 500
9.1.6 結構元素的鏈接 (Link) ／ 503
9.1.7 結構元素之邊界與初始條件的設定 ／ 514
9.1.8 平面應變與平面應力 ／ 515
9.1.9 二維分析的間距(Spacing)問題 ／ 515
9.1.10 阻尼及時階 ／ 519
9.1.11 材料屬性與單位 ／ 520
9.1.12 結構元素的創建及基本設定範例 ／ 521
9.2 錨索元素 (Cable Structural Elements) ／ 526
9.2.1 錨索元素的力學行為 ／ 528
9.2.2 響應量 (Response Quantities) ／ 535
9.2.3 錨索元素的屬性 ／ 535
9.2.4 錨索元素的專有指令與FISH 內建函式 ／ 539
9.2.5 錨索元素分析範例 ／ 540
9.3 樑結構元素 (Beam Structural Elements) ／ 545
9.3.1 樑元素的力學行為 ／ 545
9.3.2 響應量 ／ 547
9.3.3 樑元素之屬性 ／ 548
9.3.4 塑性彎矩與塑性鉸 ／ 549
9.3.5 樑結構元素範例1 ／ 550
9.3.6 樑元素的專有指令與FISH內建函式 ／ 554
9.3.7 樑結構元素的選用條件 ／ 555
9.3.8 樑結構元素範例2 ／ 555
9.4 樁結構元素 (Pile Structural Elements) ／ 559
9.4.1 樁元素的力學行為 ／ 559
9.4.2 樁的耦合彈簧參數之選用建議 ／ 570
9.4.3 二維分析的間距對摩擦支承力的影響 ／ 578
9.4.4 二維分析的間距對樁端支承力的影響 ／ 580
9.4.5 岩栓行為 (Rockbolt Behavior) ／ 584
9.4.6 響應量 ／ 585
9.4.7 樁及岩栓屬性 ／ 585
9.4.8 樁的專有指令與FISH 內建函式 ／ 586
9.4.9 樁結構元素範例1 — 軸向樁 ／ 588
9.4.10 樁結構元素範例2 — 側向樁 ／ 596
9.4.11 樁結構元素範例3 — 以修正樁元素模擬岩栓 (Rockbolt) ／ 602
9.5 襯砌結構元素 (Liner Structural Elements) ／ 613
9.5.1 襯砌元素的力學行為 ／ 613
9.5.2 響應量 ／ 615
9.5.3 襯砌元素之屬性 ／ 616
9.5.4 襯砌元素的專有指令與FISH 內建函式 ／ 618
9.5.5 襯砌元素範例1 — 圓形隧道的支撐襯砌 ／ 619
9.5.6 襯砌元素範例2 — 開挖擋土設施 ／ 627

第十章　繪圖與電影 ／ 633
10.1 繪圖項目工具 ／ 633
10.1.1 繪圖項目的操作 ／ 634
10.1.2 繪圖項目清單的控制鈕 ／ 635
10.1.3 繪圖項目的範圍 (Plot Item Ranges) ／ 636
10.1.4 範圍屬性 (Range Attributes) ／ 637
10.2 曲線圖 ／ 643
10.2.1 表圖 (Table Chart) ／ 643
10.2.2 歷史圖 (History Chart) ／ 648
10.3 標籤圖與等值分佈圖 (Label and Contour) ／ 650
10.4 向量圖 (Vectors) ／ 661
10.5 其它繪圖項目 (Misc.) ／ 663
10.6 電影 (Movie) ／ 664

第十一章　應用範例 ／ 669
11.1 應用範例1 — 隧道多階開挖分析 ／ 669
11.2 應用範例2 — 連續壁深開挖分析 ／ 690
11.3 應用範例3 — 順向坡開挖 ／ 729
11.4 應用範例4 — 路堤填土工程 ／ 769

附錄A　常用指令及例句 ／ 791
附錄B　岩土及結構材料性質參考值 ／ 809