本书的体系结构主要从实用性方面进行考虑的。全书分11章，主要包括有限差分FLAC数值计算的基本原理，FLAC/FLAC3D的模型和功能模块，FLAC/FLAC3D命令及FIAH语言，工程实例分析和命令流等方面。本书深入浅出的介绍了FLAC/FLAC3D的基本原理，采用简单实例对FLAC/FLAC3D的建模计算步骤进行了介绍，并对相应命令流进行了较为详细的说明，以使读者能快速入门。同时，本书给出了基础工程问题、边坡问题、基坑工程问题、地铁施工相关问题及矿山巷道相关问题的工程实例分析，对有一定FLAC软件应用经验的研究人员也具有参考价值。

FLAC/ FLAC 3D 是面向土木建筑、采矿、交通、水利、地质、核废料处理、石油及环境工程的通用软件系统, 已在全球得到广泛应用, 在国际岩土工程学术界和工业界赢得广泛的赞誉。目前, FLAC/ FLAC 3D 已逐渐成为我国岩土工程界发展最快、影响最大的软件系统之一。
本书深入浅出地介绍FLAC / FLAC 3D 在土木工程中的应用, 读者通过学习能快速地入门, 掌握该软件的基本原理及使用方法。同时, 本书又较系统、简明地阐述了其计算原理与计算方法, 对有一定FLAC / FLAC 3D 软件应用经验的读者也有帮助。本书首先从有限差分的概念入手, 阐述了FLAC / FLAC 3D 的计算原理; 然后在介绍FLAC / FLAC 3D 基本功能的基础上, 以简单实例入手, 使读者快速掌握该软件的使用方法; 最后通过若干具体工程实例, 详细分析建模原则及计算结果。
本书具有两个特点。一是内容具有足够的广度和深度, 注重实例分析。具体表现为:①简要地介绍了FLAC / FLAC 3D 有限差分原理; ②详细介绍了FLAC / FLAC 3D 的材料模型、结构单元, 以及FISH 语言, 并在此基础上对FLAC / FLAC 3D 的简单实例进行了详细分析;③对岩土工程中的边坡工程、深基坑工程、隧道工程等进行了实例分析, 详细阐述了建模过程、计算方法, 并对结果进行了分析。二是理论联系实际, 既满足初学者的要求, 也为具有一定基础的读者深入研习FLAC / FLAC 3D 提供了详尽的理论背景与应用实例, 可供土建、交通、采矿、地质、水利、石油、工程力学等专业从事岩土工程数值计算、工程设计与研究的工程师和在校师生使用, 也可作为相关专业本科生教材或研究生教学参考书。
本书由刘波、李涛、韩彦辉编著。研究生徐薇、杨伟红、李冬晓、李彬如、贺鹏、关辰龙、刘显宽、刘项、刘仁江、吴晨浠、屈海波、胡和涛、许伟杰、王帅等在资料整理、插图绘制等方面做了大量的工作, 在此一并致谢。
衷心感谢美国Itasca 国际咨询公司副总裁Roger Hart 博士, FLAC / FLAC 3D 系统的开发者、美国工程院Peter Cundall 院士, 美国明尼苏达大学Charles Fairhurst 院士, 英国诺丁汉大学余海岁院士, 香港大学岳中琦教授, 清华大学杨强教授, 山东科技大学宋振骐院士, 中国建筑一局发展有限公司周予启总工程师, 中国矿业大学(北京) 陶龙光教授、李先炜教授、杨仁树教授、何满潮院士、江玉生教授、侯公羽教授等在作者课题研究和编著本书时给予的大力支持。
本书得到了国家自然科学基金( 41472259、51274209、50974126、50674095、50304012、51508556)、教育部新世纪优秀人才资助项目(NCET-08-0835)、“十二五” 国家科技支撑计划专题(2012BAK24B0201) 的资助, 在此表示衷心感谢。
希望本书能对我国岩土工程的教学、科研与咨询评价工作有所帮助, 这也是作者最大的愿望。由于写作时间仓促以及作者的水平所限, 书中难免存在不妥之处, 敬请各位读者批评指正。
作　者

前　言
第1 章　有限差分法与FLAC 数值计算 1
　1. 1　有限差分法基本概念 1
　1. 2　差分格式的建立 4
　1. 3　FLAC / FLAC 3D 基本原理 5
　　1. 3. 1　FLAC / FLAC 3D 的基本特征 5
　　1. 3. 2　FLAC 网格划分 6
　　1. 3. 3　一维问题FLAC 计算流程 7
　　1. 3. 4　平面问题FLAC 有限差分原理 10
　　1. 3. 5　三维问题FLAC 3D 有限差分原理 16
第2 章　FLAC / FLAC 3D 的模型与功能模块 18
　2. 1　FLAC / FLAC 3D 的材料模型 18
　2. 2　FLAC / FLAC 3D 的结构单元 23
　　2. 2. 1　梁(Beam) 单元 23
　　2. 2. 2　锚索(Cable) 单元 25
　　2. 2. 3　桩(Pile) 单元 28
　　2. 2. 4　二维岩石锚杆(Rockbolt) 单元 29
　　2. 2. 5　二维条带(Strip) 单元 29
　　2. 2. 6　二维支撑(Support) 单元 30
　　2. 2. 7　三维壳体(Shell) 单元 31
　　2. 2. 8　衬砌(Liner) 单元 31
　　2. 2. 9　三维土工格栅(Geogrid) 单元 33
　2. 3　FLAC / FLAC 3D 高级功能与可选模块 35
　　2. 3. 1　热力学分析 35
　　2. 3. 2　蠕变分析 35
　　2. 3. 3　两相流分析 36
　
　　2. 3. 4　动力学分析 37
　　2. 3. 5　基于C++的用户自定义模型 39
第3 章　FLAC / FLAC 3D 命令及功能描述 40
　3. 1　FLAC 命令约定及特点 40
　　3. 1. 1　语法 40
　　3. 1. 2　交互式输入 41
　3. 2　单元节点编号和面的方向约定 41
　3. 3　命令功能描述 42
　　3. 3. 1　输入几何条件 42
　　3. 3. 2　创建命名对象 45
　　3. 3. 3　指定本构模型及其特性值 47
　　3. 3. 4　指定初始条件 47
　　3. 3. 5　边界条件 51
　　3. 3. 6　指定结构单元 53
　　3. 3. 7　用户自定义的变量和函数 62
　　3. 3. 8　在运算过程中监控模型的状态 63
　　3. 3. 9　运算求解 68
　　3. 3. 10　模型状态的输出 69
　3. 4　FLAC 3D 5. 0 新功能介绍 72
　　3. 4. 1　网格拉伸工具 75
　　3. 4. 2　创建视图中的操作 83
　　3. 4. 3　拉伸视图中的操作 89
第4 章　FLAC 内置的FISH 语言 93
　4. 1　FISH 语言的语法规则 93
　　4. 1. 1　命令行 93
　　4. 1. 2　函数名、变量名和潜在的冲突 94
　　4. 1. 3　变量作用范围 99
　　4. 1. 4　函数组成、赋值和调用格式 99
　　4. 1. 5　数据类型 101
　　4. 1. 6　算术表达式和类型转换 102
　　4. 1. 7　字符串 102
　　4. 1. 8　删除和重定义FISH 函数 103
　　4. 1. 9　FISH 控制语句 104
　4. 2　FLAC 与FISH 交互作用 106
　　4. 2. 1　FISH 调用 106
　　4. 2. 2　FLAC 明确定义的标量变量 107
　
　　4. 2. 3　网格点变量与单元变量 107
　　4. 2. 4　应变计算 108
　　4. 2. 5　Table 特殊函数 108
　　4. 2. 6　直接访问内存的特殊函数 109
　　4. 2. 7　FISH 的输入/输出程序 109
第5 章　采用FLAC 建模计算的步骤及简单实例分析 111
　5. 1　简单的隧道分析 111
　5. 2　条基试验 112
　5. 3　马蹄形隧道的建立 115
　5. 4　倾斜节理的产生 116
　5. 5　简单边坡的生成 117
　5. 6　二级网格的连接 118
　5. 7　关于破坏的解释 120
　5. 8　地表沉降计算分析 121
第6 章　采用FLAC 3D 建模计算的步骤及简单实例分析 125
　6. 1　简单的基坑开挖问题 125
　6. 2　网格的合并连接 126
　6. 3　界面的形成 127
　6. 4　隧道的生成 128
　6. 5　复杂隧道的生成 130
　6. 6　模型材料问题 140
　6. 7　交界面的合并连接问题 142
　6. 8　初始应力条件问题 144
　6. 9　破坏问题分析 146
第7 章　基础工程问题的数值计算 148
　7. 1　莫尔-库仑材料上的条形及圆形基础计算 147
　　7. 1. 1　问题描述 148
　　7. 1. 2　理论解 148
　　7. 1. 3　建模过程 149
　　7. 1. 4　建模数据文件 150
　　7. 1. 5　结果及讨论 152
　7. 2　剑桥黏土排水与不排水三轴压缩的数值模拟 156
　　7. 2. 1　问题描述 156
　　7. 2. 2　理论解 156
　　7. 2. 3　FLAC 模型 158

　　7. 2. 4　建模数据文件 159
　　7. 2. 5　结果及讨论 169
　7. 3　钻孔的孔隙弹性响应分析 172
　　7. 3. 1　问题描述 172
　　7. 3. 2　理论解 172
　　7. 3. 3　模型 174
　　7. 3. 4　建模数据文件 175
　　7. 3. 5　结果讨论 183
第8 章　边坡问题的数值计算 186
　8. 1　边坡稳定性系数的求解 186
　　8. 1. 1　问题描述 186
　　8. 1. 2　建模过程 186
　　8. 1. 3　建模数据文件 186
　　8. 1. 4　结果及讨论 187
　8. 2　岩石边坡稳定性分析 188
　　8. 2. 1　问题描述 188
　　8. 2. 2　建模过程 189
　　8. 2. 3　建模数据文件 190
　　8. 2. 4　结果及讨论 191
　8. 3　竖向及水平荷载作用下混凝土桩计算 192
　　8. 3. 1　问题描述 192
　　8. 3. 2　建模过程 193
　　8. 3. 3　建模数据文件 196
　　8. 3. 4　结果及讨论 204
第9 章　基坑工程相关问题的