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通用离散元用户指导 （U D E C 3.1） 山东科技大学 2004.9 目 录 1 引 言1 1.1 总 论1 1.2 与其他方法的比较2 1.3 一般特性2 1.4 应用领域3 2 开始启动4 2.1 安装和启动程序4 2.1.7 内存赋值4 2.1.9 运行UDEC5 2.1.10 安装测试程序5 2.2 简单演示－通用命令的应用5 2.3 概念与术语6 2.4 UDEC模型初始块体的划分8 2.5 命令语法9 2.6 UDEC应用基础10 2.6.1 块体划分10 2.6.2 指定材料模型16 2.6.2.1 块体模型16 2.6.2.2 节理模型17 2.6.3 施加边界条件和初始条件19 2.6.4 迭代为初始平衡21 2.6.5 进行改变和分析24 2.6.6 保存或恢复计算状态25 2.6.7 简单分析的总结25 2.8 系统单位26 3 用UDEC求解问题27 3.1 一般性研究27 3.1.1 第1步定义分析模型的对象28 3.1.2 第2步产生物理系统的概念图形28 3.1.3 第3步建造和运行简单的理想模型28 3.1.4 第4步综合特定问题的数据29 3.1.5 第5步准备一系列详细的运行模型29 3.1.6 第6步进行模型计算29 3.1.7 第7步提供结果和解释30 3.2 产生模型30 3.2.1 确定UDEC模型合适的计算范围30 3.2.2 产生节理32 3.2.2.1 统计节理组生成器32 3.2.2.2 VORONOI多边形生成器34 3.2.2.3 例子34 3.2.3 产生内部边界形状35 3.3 变形块体和刚体的选择38 3.4 边界条件42 3.4.1 应力边界42 3.4.1.1 施加应力梯度43 3.4.1.2 改变边界应力44 3.4.1.3 打印和绘图44 3.4.1.4 提示和建议45 3.4.2 位移边界46 3.4.3 真实边界－选择合理类型46 3.4.4 人工边界46 3.4.4.1 对称轴46 3.4.4.2 截取边界46 3.4.4.3 边界元边界49 3.5 初始条件50 3.5.1 在均匀介质中的均匀应力无重力50 3.5.2 无节理介质中具有梯度变化的应力均匀材料51 3.5.3 无节理介质中具有梯度变化的应力非均匀材料51 3.5.4 具有非均匀单元的密实模型52 3.5.5 随模型变化的初始应力53 3.5.6 节理化介质的应力54 3.5.7 绘制应力等值线图55 3.6 加载与施工模拟57 3.7 选择本构模型62 3.7.1 变形块体材料模型63 3.7.2 节理材料模型64 3.7.3 合理模型的选择65 3.8 材料性质71 3.8.1 岩块性质71 3.8.1.1 质量密度71 3.8.1.2 基本变形性质71 3.8.1.3 基本强度性质72 3.8.1.4 峰后效应73 3.8.1.5 现场性质参数的外延77 3.8.2 节理性质80 3.9 提示和建议81 3.9.1 节理几何形状的选择81 3.9.2 设计模型81 3.9.3 检查模型运行时间82 3.9.4 对允许时间的影响82 3.9.5 单元密度的考虑83 3.9.6 检查模型响应83 3.9.7 检查块体接触83 3.9.8 应用体积模量和剪切模量83 3.9.9 选择阻尼84 3.9.10 给块体和节理模型指定模型和赋值84 3.9.11 避免圆角误差85 3.9.12 接触嵌入85 3.9.13 非联结块体86 3.9.14 初始化变量86 3.9.15 确定坍塌荷载86 3.9.16 确定安全系数86 3.10 解 释88 3.10.1 不平衡力88 3.10.2 块体/网格结点的速度88 3.10.3 块体破坏的塑性指标89 3.11 模拟方法89 3.11.1 有限数据系统模拟89 3.11.2 混沌系统的模拟90 3.11.3 局部化、物理的不稳定性和应力路径91 －103－ 1 引 言 1.1 总 论 通用离散元程序（UDEC，Universal Distinct Element Code）是一个处理不连续介质的二维离散元程序。UDEC用于模拟非连续介质（如岩体中的节理裂隙等）承受静载或动载作用下的响应。非连续介质是通过离散的块体集合体加以表示。不连续面处理为块体间的边界面，允许块体沿不连续面发生较大位移和转动。块体可以是刚体或变形体。变形块体被划分成有限个单元网格，且每一单元根据给定的“应力－应变”准则，表现为线性或非线性特性。不连续面发生法向和切向的相对运动也由线性或非线性“力－位移”的关系控制。在UDEC中，为完整块体和不连续面开发了几种材料特性模型，用来模拟不连续地质界面可能显现的典型特性。UDEC是基于“拉格朗日”算法很好地模拟块体系统的变形和大位移。 UDEC包含了功能强大的程序语言FISH函数。借助于FISH函数，用户可以编写自己的功能函数，扩展UDEC的应用功能。FISH函数为简化分析，适应特殊要求的UDEC的用户，提供了一个强有力的工具。 UDEC采用的离散单元法理论由Cundall（1971）首次提出，至今已经过了20多年的发展。在1985年，Cundall博士和Itasca公司在IBM系列兼容微机上开发了UDEC工程计算应用程序。该软件为建立数以千块模型的高速计算而设计。基于浮点运算速度的优势和低成本的内置RAM，用UDEC程序可大大地提高了计算大规模问题的能力。例如，在具有4MB RAM的微机上，UDEC能够求解2500个刚体（或1000个具有8个自由度变形体）的模型。该模型的求解速度大约为每分钟200次。在RAM确定的情况下，其计算速度是与模型的块体数量成线性关系。 对于典型的模型，约1500个刚体（或500个变形体）或更少，在UDEC中采用的显式解法，大约需要2000～4000计算步可以获得问题的解。例如，一个500个变形块体的模型，计算4000步大约需要6 min。因此，典型的工程问题用UDEC计算仅需几十分钟或几个小时。 UDEC是一个命令驱动（而不是菜单驱动）的计算程序。尽管菜单驱动程序易于初次学习，但在UDEC中所提供的命令驱动结构具有如下优点 1、输入的“语言”是基于可识别的文字命令，使你易于识别每一个命令的作用（例如BOUNDARY命令，是指施加模型的边界条件）。 2、工程模拟通常是按照系列施工顺序构成 即，构造原岩应力，施加作用的荷载、开挖隧道、安装支护等。一系列（从文件或键盘上）输入命令完全对应于实际的施工顺序。 3、根据文本编辑器，很容易对UDEC数据文件进行编辑和修改。几个数据文件能相互连接，进行多个问题求解，这对于进行参数的灵敏度分析是十分有用的。 4、命令驱动结构允许用户开发前后处理程序，控制UDEC必要的输入/ 输出。用户可以为一系列UDEC的模拟，编写节理模拟函数，产生特定的节理结构。可采用FISH程序语言，并插入到输入的文件中，使计算很容易实现。 1.2 与其他方法的比较 对于UDEC程序，一个共同的问题是，UDEC是一个有限元程序还是离散元程序他们的主要区别是什么UDEC程序与其他程序有何关系为回答上述问题，下面将给予解释。 许多有限元、边界单元和拉格朗日有限差分程序都具有“界面单元”或“节理单元”，使程序能够模拟问题中的不连续面，扩大程序的应用范围。然而，他们的公式在一个或多个方面通常受到限制首先，当考虑很多相互切割的节理就可能打乱系统的逻辑关系；其次，不可能自动识别新的接触面进行自动考虑；第三，计算公式可能有小位移和无转动条件限制，所以通常适用连续介质的程序。 术语“离散单元法”（Discrete element ）意味着 （a）允许离散块体发生有限的位移和转动，包括完全脱离； （b）在计算过程中，自动识别新的接触面。 在不连续介质中，如果没有第一个属性，程序不可能产生某些重要的机理。如果没有第二个特性，程序将限制在事先已知的相互作用的有限块体数。离散元法（Distinct element ）是由Cundall和Strack（1979）采用变形接触和显式、时间域的初始运动方程（而不是变换，块体方程）提出的特殊的离散单元法程序。 离散单元法的计算机程序主要有以下四类 1、Distinct Element Programs － 该类程序采用显式时间步直接进行运动方程的求解。块体可以是刚体或变形体（通过细分成单元）；接触面是可变形的。UDEC就属此类。 2、Modal s － 该类方法类似于刚体离散单元法，但对于变形体采用模型叠加技术。 3、Discontinuous Deation Analysis － 接触是刚体，块体可以是刚体或变形体。通过迭代算法可以获得非嵌入条件；块体变形性基于应变模型的叠加。 4、Momentum-Exchange s－接触面和块体都是刚体块体接触面在瞬时碰撞的过程中惯性矩发生交换，可以表征滑动和摩擦特性。 1.3 一般特性 UDEC主要用于岩石边坡的渐进破坏研究及评价岩体的节理、裂隙、断层、层面对地下工程和岩石基础的影响。UDEC对研究不连续特征的潜在破坏模型是十分理想的工具。 当地质结构特征明显且易于明确描述的情况适宜使用该程序进行分析。UDEC开发了人工或自动节理生成器，用以模拟产生岩体中一组或多组不连续面。在模型中，可以产生变化范围较大的节理模式。屏幕绘图工具允许用户随时观看节理模型。在最后确定所选择的节理模型前，能容易进行调整与修改。 也可以获得不同的节理材料特性。基本模型是指定节理弹性刚度、摩擦角、粘结力、张拉强度和剪胀特性的库仑滑动准则。对该模型的改进包括随着位移的发展而粘结力和张拉强度的降低弱化。在此还可获得一个比较复杂的模拟连续屈服的节理模型，用以模拟弱化为累积塑性剪切位移函数的连续变化特性。作为一个选择模型，还可获得Barton－Bandis节理模型。节理模型和性质参数也可分别赋给单一节理或节理组。应当注意，即使地质图上所显示的节理为直线段，节理的几何粗糙度也可以通过节理材料模型加以表征。 UDEC的块体可以是刚体或变形体。对于变形块体，开发了包括用于开挖模拟的空模型（null）、应变硬化/软化的剪切屈服破坏模型以及非线性不可逆的剪切破坏和压缩模型。因此，块体能被用来模拟回填、土体介质以及完整岩石。 UDEC的基本公式假设为二维平面应变模型。此条件涉及断面保持为定值，并在平行于该断面的平面上作用荷载的无限长结构。所以，非连续面也被假设为平面特性。另外，UDEC提供了一个平面应力问题的选择。对于平面应变分析，如果在垂直于平面方向的应力，为最大或最小主应力，在垂直于平面方向， 块体可能出现塑性屈服， UDEC的显式求解算法允许进行动态或静态分析。对于动态计算，用户指定的速度或应力波可作为外部的边界条件或者内部激励直接输入到模型中。一个简单的动态波型库也可以获取。UDEC为动力分析设计了自由边界条件。 在静态分析中，包括了应力（力）和固定位移（速度为零）两种边界条件。边界条件在不同的位置可以是不同的。同时，在UDEC中还可以获得边界元边界，用于模拟无限弹性边界。也可以获得半平面解用来描述自由面效应。 UDEC还能够模拟通过模型中的孔隙和不连续面的流体流动。在此认为块体是不可渗透的。岩体的渗透率取决于节理的力学变形。也能够进行力学－流体全耦合分析。反过来，节理水压也将影响力学特性。流体被处理为平行板的粘性流。 程序中的结构单元可用于模拟岩体加固和工程表面支护。加固包括端部锚固、全长锚索和锚杆。表面支护模拟诸如喷射混凝土、混凝土衬砌和其他形式的隧道支护。 UDEC包含一个强有力的程序语言，FISH，能够使用户定义新的变量和函数。FISH是一个编辑器。通过UDEC数据文件进入程序被翻译并储存在内存中。 1.4 应用领域 UDEC最初是为节理岩石边坡的稳定性分析开发的。对于块体不连续公式和运动方程（包括惯性项）采用显式时间步求解方法，便于块状岩体边坡的渐进破坏分析和大变形运动研究。 UDEC常用于采矿工程，已经进行了深部地下采矿洞室的静态与动态分析。洞室围岩破坏诱发的断裂、滑移是用UDEC分析研究的实例之一。通过在模型的边界施加动应力或速度波研究爆破影响。地震诱发的断层滑移也通过采用连续屈服节理模型进行了研究。结构单元已经用于模拟全长岩锚和喷射混凝土的各种岩体加固系统。 UDEC还应用于地下结构和深部高辐射废料的储存研究领域。通过应用热模型，UDEC已经应用于模拟与核废料相关的热荷载效应。 UDEC在作为一个计算设计工具，仍受到一定的限制。然而，程序较适用于研究节理效应的潜在破坏机理。节理岩体特性是一个“有限数据系统”－即，在很大程度上内部结构和应力状态是未知和不可知的。因此，建立一个完备的节理模型是不可能的。而且，UDEC是一个二维程序，除了特殊情况外，不可能表征具有三维结构的节理模型。不过，应用UDEC程序，可以从现象学的角度研究节理岩体地下工程开挖响应。该方法可加深岩石力学设计中各种不同现象的相互影响的理解。采用这种方法，工程师能够通过识别地下工程可能产生不可接受的变形或加载导致的破坏机理，从而揭示工程所潜在的诸多问题。 值得注意的是，UDEC程序对于模拟颗粒流动或动态分析火山喷发是不适宜的。对于该类研究，可以采用PFC2D程序。 2 开始启动 2.1 安装和启动程序 本节为首次使用UDEC的用户提供指导。如果你熟悉该程序仅仅是偶尔使用，你会发现本节尤其是2.6节对于改变你原有印象是有帮助的。UDEC程序共有65个主命令，有接近400个关键词。 2.1.7 内存赋值 UDEC自动调节内存大小达到8MB。可以通过下列命令查询、改变内存值 Uedc m Uedc 14 Print mem 如果更多的内存可以获得，其内存能够通过应用环绕磁盘文件获得额外内存。表2.2给出了最大块体数与所需内存的关系。 表2.年2 RAM与最大块体单元 RAM（MB） 最大刚性块体数 最大变形块体数* 2 400 300 4 2500 1000 8 7500 3000 16 15000 7000 * 假设每块体8个自由度。块体最大数随自由度的增加而减少。 2.1.9 运行UDEC call file.dat 2.1.10 安装测试程序 有三个简单的数据文件，test1.dat 、test2.dat、test3.dat用于程序测试。 2.2 简单演示－通用命令的应用 Block 0,0 0,20 20,20 20,0 ; 产生一个块体 plot block ; 显示该块体 划分初始块体成小块体。 Crack 0,2 20,8 Crack 5,3 5,20 Crack 5,12 20,18 固定最下和最左块体，使之不可移动的命令如下 fix rang 0,20 0,5 fix rang 0,5 0,20 该命令固定形心处在0x20，0y5和0x5，0y ASIMPLE SLOPE STABILITY EXAMPLE EQUILIBRIUM STAGE Plot block Save slope.sav 通过最左边的块体来研究边坡的特性 delete range 0,5 0,20 命令delete 将删除形心位于0x5，0y20范围内的所有块体。同时，采用Step 或cycle命令继续进行计算。 Cycle 1000 Plot block velocity 2.3 概念与术语 UDEC所涉及的一些术语大部分与其他应力分析程序类似。在UDEC模型中采用一些特殊的术语来描述不连续面特征。按分类给出如下的基本定义。图2.6给出所给出的术语定义。 UDEC MODEL －UDEC模型是用户为模拟实际的物理模型建立的。当称之为UDEC模型，就意味着为数值求解定义的求解条件的一系列命令。 BLOCK － 块体是离散单元计算的基本单元体。通过切割一个块体成多个小的块体产生UDEC模型。每一块可能与其他块体分离或通过界面力与其他块体相互作用的独立块体。 CONTACT － 接触每一块体通过点接触与相邻块体连接。接触可以认为是施加外力到每一块体的边界条件。 DISCONTINUITY － 不连续面是分离岩体成离散部分的地质特征。不连续面包括岩体中的节理、裂隙、断层和其他不连续特征。 图2.6 UDEC模型的例子 DOMAIN － 区域是指块体间的空洞或空间。DOMAIN在UDEC模型中被处理为实体。每一个DOMAIN是由两个或多个接触面确定的封闭区域。外DOMAIN是指围绕UDEC模型的区域。 ZONE－单元是由有限个单元组成的变形块体。在每一单元计算力学变化和温度变化。在UDEC采用三角单元。 GRIDPOINT －结点（或节点）节点包括有限单元的角点。每一单元涉及三个节点。一对x和y坐标定义每一个节点。因此确定了有限单元的精确位置。另一节点的术语是node。 MODEL BOUDARY – 模型的边界是一个UDEC模型的周边。边界与模型的外区域一致。内边界（即模型内的孔洞）也是模型的边界。每一内边界通过内区域定义。 BOUNDARY CONDITION － 边界条件是约束或控制模型的边界（即对于力学问题固定位移或外力）。 INITIAL CONDITION － 初始条件模型受扰动（开挖）或加载（支护）前的原岩应力状态。 NULL BLOCK－开挖块表示模型中的空域（即材料不存在）。空块体可在后来加以改变，例如，模拟回填（但一旦块体从模型中删除，就不可能恢复）。 STRUCTURAL ELEMENT － 结构单元用来表征结构（如隧道衬砌、锚杆和锚索）与岩体的相互作用的一维单元。结构单元也可以具有材料非线性。在大应变模型中可以出现几何非线性。 STEP －求解（或迭代）尽管一个大的问题需要上万次计算才能达到稳定解，但一般典型问题的求解需要2000～4000次循环，可以获得系统的平衡或稳态流。 STATIC SOLUTION － 静态解当模型中动能的变化速率接近可以忽略的情况时，UDEC就认为达到了静态或拟静态解。 UNBALANCED FORCE － 不平衡力表示当静力分析中的力所处于的不平衡状态（即节理开始滑动或塑性流动）。 DYNAMIC SOLUTION － 动力解尽管系统的缺省为静态求解过程，但可以进行动态分析。对于动态分析，全运动方程（包括惯性项）可被求解。动能的消耗产生直接影响。 2.4 UDEC模型初始块体的划分 UDEC模型首先生成整个计算范围的单一块体。然后，通过用地质结构特征（如断层、节理裂隙等）和工程结构（如地下洞室与隧道等）作为边界，切割该块体成小的块体来考虑模型特征。 模型的所有块体都是通过块体质心和角点的坐标（x和y）确定。块体接触面以及变形块体的节点也通过他们的坐标位置确定。产生模型包括由端点坐标（x，y坐标）所定义的线段（splits）切割模型块体。 UDEC模型所有的条目（块体、角点、接触面、空区、节点和单元）都是通过位于主数组中的地址编号，由UDEC自动的、唯一识别和确定。这些编码号也可以用作特殊的单元。编码系统并不是顺序编码，所以用户必须通过绘图或打印加以识别。 例如，图2.7说明一个UDEC模型块体在x和y方向皆为10个单位（比如10m）。模型通过一水平不连续面（x0,y5 to x10,y5）划分成两个块体。这两个块体具有编号为2和118。块体通过位于块体角点之间的接触面连接。接触号是223和260。内部区域由两个接触面产生并由内部区域号297所识别。 显示在图2.7中的模型由列在下表中的命令产生。 block 0,0 0,10 10,10 10,0 Crack 0,5 10,5 plot hold block num cont num dnum 两块体的每一块可通过产生有限单元形成变形体。图2.8给出了上部块体划分为8个单元和下部块体划分为4个单元的单元号。在两块体间产生了一个新的接触面（序号为606）。位于块体棱上的任何节点总会产生。新的接触606对应于上部块体的棱产生的新的角点。 Gen quad 11,6 range 0,10 0,5 Gen quad 10 Plot hold zone num cont num 图2.7 UDEC模型块体被划分成两个刚体 图2.8 包含两个变形块体的UDEC模型 2.5 命令语法 UDEC中所有命令都是面向单词，并由主要命令单词和随后的一个或多个关键词或值构成。某些命令接受开关，即关键词修改命令的作用。每一命令都具有下列格式 COMMAND keyword value 在此，位于 内的参数为选择参数。而位于（ ）表示可以该参数为任意给定的值。命令可依次写在命令行中。可能你已注意到，命令关键词仅前面几个字母为黑体。实际输入时仅输入这些黑体字母就可由系统识别。 2.6 UDEC应用基础 UDEC是基于命令驱动格式。命令单词控制程序的运行。本节将提供给新用户一些基本命令。为了建立一个UDEC模型进行模拟，必须考虑计算问题的基本成分 （1）由切割产生几何问题，由此建立离散单元块体模型； （2）本构特性和材料性质； （3）边界条件和初始条件。 块体模型定义问题的几何体。本构特性及所涉及的材料参数反映模型在受到干扰后的力学响应。边界条件和初始应力定义了原岩状态，即在未受到扰动（开挖、支护、爆破等）前的应力和位移状态。 在UDEC中定义了这些条件后，可以进行改变（即开挖材料或改变边界条件），从而计算产生模型响应。像UDEC一类显式求解技术所获得问题的实际解与传统的隐式求解方法的结果有所不同。UDEC采用的是显式时间步求解代数方程，其解是在一系列计算迭代后才获得。在UDEC中计算迭代步数可以通过用户控制。用户必须确定所进行的求解迭代步数是否达到了实际问题的解。 图2.9给出了采用UDCE进行静态分析的求解一般过程。由于这求解程序符合实际物理模型的生产工序和实际条件，因此其计算过程是方便的。采用上述过程进行简单的应力分析的UDEC基本命令将叙述如下。 2.6.1 块体划分 UDEC模型是通过切割初始的UDEC块体成小的块体代表模型的实际边界。采用下述命令，建立模型块体。 Block x1,y1 x2,y2 x3,y3 在此，（x1，y1），（x2，y2），（x3，y3） 是定义块体角点的坐标对。角点必须按顺时针方向排列。角点应当与物理模型的边界条件一致。块体有很多角点，但通常从4角点块体做起。 在UDEC中所有块体都有“圆角”，其目的在于避免块体悬挂在有棱角的节点上。由于块体悬挂引起应力集中。然而，圆角值存在与模型有关的上限值。对于变形块体，最大圆角长度应当不超过块体平均棱长的1％。圆角长度可以如下命令加以改变 round d 在此，d是圆角距离（缺省值是d0.5）。模型中的所有圆角长度都是相同的。 建议在block命令前指定圆角长度。在block 命令后，键入plot block命令，就能够显示圆角的效果。 建立模型 （1）生成模型块体，切割块体产生计算模型的几何体； （2）定义本构模型和材料参数； （3）指定边界条件和初始条件。 迭代计算使之平衡（模拟未扰动前状态） 进行变化分析 例如 l 地下开挖 l 改变边界条件 迭代计算 检查模型响应 检查模型响应 重复其他变化进行响应分析 图2.9 静态分析的一般过程 UDEC有几个命令用于产生计算模型的几何体。生成地质结构（即节理）的两个主要命令如下 Crack Jset Crack 命令用于产生块体中单一直线特征的裂缝。裂缝由端点坐标（x1，y1）和（x2，y2）所确定。 Jset 命令则是自动节理组生成器。根据所给定的特征参数（即倾角、迹长、岩桥长度、间距和空间位置）产生一组裂缝。 Crack 和Jset 两个命令用于产生UDEC块体中的地质不连续面，即节理并不一定完全将岩块切割成分离两个块体。然而，UDEC需要连续断裂（即所有断裂都必须切割块体）。由crack或Jset命令所产生的不连续面位置将被储存。为产生块体内连续断裂，可采用crack命令产生的断裂。刚性块体在计算过程中，或变形块体在单元划分时，没有连接形成完整块体的裂缝将被删除。 下面的例子说明用Crack和Jset命令切割块体。这两个命令的详细描述将在命令表的第1节给出。节理生成器将在3.2.2节给予详细解释。 Example 2.4 产生简单的UDEC模型 round 0.1 block 0,0 0,10 10,10 10,0 Crack 0,5 10,5 在这个最简单的模型中，切割块体涉及选择位置和指定裂缝。通过键入这些命令，就可以产生1010个单位的块体，然后劈裂成两个块体。CRACK命令产生一个连续、水平的贯通模型的裂缝。注意圆角的长度指定为0.1。 通过键入如下命令，可以产生一个槽口 crack 2.5,10 5.0, 7.5 crack 5.0, 7.5 7.5,10 通过键入以下命令，就显示出包括块体地址号的块体图形。 Plot block num 通过采用DELETE 命令，能从模型中删除一个块体。例如，为了删除槽口块体，键入如下命令 delete range block 368 或 delete range 4.5 ,5.5 8,10 4.5 x 5.5 和8 y 10的范围必须包含被删除块体的形心。注意，当对模型进行某些操作时，采用坐标范围是比较明智的。与问题相关的地址号有时发生变化。 对于JSET命令的参数需要4组数据对参数值。每一数据对中的第一个值是均值，而第二个是对应于均值的最大均方差（相对于均匀概率分布形式）。第一组数据对是节理迹线与x-坐标轴的正方向的夹角。第二对数据节理迹线长度；第三组数据是不连续节理的岩桥长度；第四组数据是节理间距。还有一些选择参数，可以用于产生一组比较复杂的节理模式。JSET命令的一般应用在3.2.2节加以讨论。采用JSET命令产生两组节理组的应用在例2.5中得到说明。 例2.5 两组连续节理组的产生 new round 0.01 block 0,0 0,20 20,20 20,0 jset 45,0 5,0.5 0.5,0 2,0 jset -10,0 5,0.5 0.2,0 1.5,0 在上例所生成的节理图如图2.11所示。第一个JSET命令产生一组与x轴方向夹角为45o具有间距为2个单位的连续节理。第二个JSET命令产生与x方向夹角为 -10o、间距为1.5个单位的连续节理。圆角长度的选择可能影响节理组的产状。节理的位置可能由于当棱长小于2倍的圆角长度不能产生块体而可能改变节理的位置。 如果在JSET命令前，增大圆角的长度（比如说0.1），模型中某些节理的位置将发生改变。用JSET命令产生节理可能涉及某些试错法。第3节给出了进行产生节理过程的建议。 图2.11 产生的两组连续节理模型 当产生大小悬殊的块体时，建议从模型中删除较小块体，以提高模型的计算效率。在例2.5中，块体尺寸的变化范围从1.75110－3到3.679，可以由以下命令查找 Print max 键入如下命令，删除极小块体 delete range area 3e-2 所有面积小于310-2的块体都从模型中删除。通常，将小于最大块体的1％左右小块被删除后对计算结果的影响并不显著。 最后，注意到NEW命令用在第二个例子，以便允许开始一个新的模型。当切割块体（尤其当采用JSET）时，一个重要问题是综合考虑块体数与计算速度的协调。计算速度与模型的块体数（或变形体单元数）成函数关系。根据经验，模型具有大约1200刚体（或具有8自由度的500变形体）进行2000～4000迭代步就能获得静态问题的解。对于90MHz的微机，对于500个变形块体模型允许4000步大约需要10分钟。根据你的计算机的计算速度，可以估算出一个模型所需的计算时间。 通过切割UDEC块体形成工程结构形状，这须在进行工程开挖前实施。通常采用三个命令来产生形状 crack tunnel arc 前面已经给予介绍CRACK 命令。TUNNEL命令产生圆形形状。该圆由用户指定的裂缝段数构成。ARC命令由用户指定的角度，产生弧形断裂模型。可以结合这些命令产生各种形状的UDEC块体。例2.6给出的命令产生断层切割一个圆形隧道的模型。 EXAMPLE 2.6 断层切割一个圆形隧道 New Round 0.1 Block -10,-10 -10,10 10,10 10,-10 Tunn 0,0 2 16 Crack -5,10 5,-10 Plo hold block num 所生成的模型如图2.12所示。圆形隧道的圆形坐标（0,0）、半径为2和划分成16个裂缝段。由于隧道全部处于块体内部，所以仅用TUNNEL命令不能产生独立的块体。必须采用CRACK切割模型块体的边从而产生新的块体。如果用户运行仅用TUNNEL命令所产生的模型，则隧道裂缝在运行前被删除。通过引入CRACK命令，连接隧道裂缝延伸到模型外边界从而形成连续的裂缝，因此，形成有隧道和断层构成的块体（如图2.12所示）。 应当注意，裂缝并不贯穿隧道的周边。如果TUNNEL命令先给出，随后的CRACK或JSET命令并不贯穿隧道。首先应用TUNNEL是较为方便的，因为隧道开挖仅涉及删除一个块体，即 delete range block 1920 或 delete range -1,1 -1,1 将模拟圆形隧道的开挖。 图2.12 断层切割圆形隧道 例2.7给出了一条断层切割一个马蹄形隧道 New Round 0.1 Block -10,-10 -10,15 10,15 10,-10 arc 0,5 2,5 180 8 Crack -2,0 -2,5 Crack -2,0 2,0 Crack 2,0 2,5 Crack -5,15 5,-10 隧道的形状如图2.13所示。隧道顶弧的圆心在（0，5），起始点在（2，5）和180o的圆心角，逆时针画圆，划分成8段。前三个CRACK命令产生隧道的边墙和底板，后一个CRACK产生一条切割隧道的断层。开挖隧道也可以通过删除块体编号或块体形心位置来实现。另一选择就是指定包含该隧道块体的图象窗口，然后删除窗口中的块体。这可以用下面命令实现 window -2,2 0,7 delete range window 图2.13 断层与马蹄形隧道相交 2.6.2 指定材料模型 2.6.2.1 块体模型 一旦完成块体切割，必须对所有的块体和不连续面指定材料特性。缺省为所有的块体皆为刚体。在多数分析中，块体应为变形体。仅仅在应力水平较低或岩块材料具有高强度和低变形的情况才能够应用刚性块体的假设。 块体的变形特征通过以下命令定义 gen edge v 或 gen quad v GEN 命令激活三角形网格有限单元自动生成器。命令GEN edge v 将作用于任意形状的块体。其v值定义三角形单元的最大边长，即v值越小，块体中的单元越小。应当注意的是具有高的边长比值的块体并不能产生单元，其极限的比重近似为110。 通过 Plot zone 检查模型单元。 采用命令GEN quad v，指定模型为塑性材料模型的单元。该类型的单元提供了对于塑性问题的精确解。然而，GEN quad 命令可能对某些形状的块体不起作用。在此情况下，应当采用GEN edge 。 在UDEC中为变形块体（单元）开发了7种材料模型。对大部分用户，最常用的三种模型如下 change cons0 ; null model change cons1; elastic model change cons3; Mohr-coulomb model CHANGE 命令改变块体为指定的变形块体。Cons0意味着模型块体材料被移出或开挖。这允许用户改变块体在以后的某些阶段返回为弹性或弹塑性材料。如果块体被删除，则以后计算阶段不可再恢复。 Cons1 改变块体为各向同性弹性特性；而cons3则改变块体为摩尔－库仑模型，考虑塑性特性。缺省值为所有变形体则自动改变为cons1。 块体改变为cons1和cons3必须提供PROPERTY mat 命令给块体赋予材料参数值。注意性质参数不要赋给特定的块体，而是赋给材料号。材料参数可以赋值给多达50种材料号。然后，材料号再赋给具有CHANGE mat 命令的块体。 对于弹性模型，需要的性质为 （1）密度 （2）体积模量 （3）剪切模量 注意体积模量K、剪切模量G与杨氏模量E、泊松比之间的关系如下 ， 或 ， 对于摩尔－库仑塑性模型，