FLAC3D 溶洞稳定性评价的前处理程序开发及其工程应用

李志宇，刘振宇，刘小明，田月明

广西壮族自治区地质环境监测站，广西 南宁 530002

1 软件包基本思路

软件包采用可视化操作软件Visual Basic 进行编制，使用者通过在可视化操作界面上输入溶洞的三维模型坐标参数、模型材料、材料参数、边界条件和初始条件等，便可自动生成FLAC3D命令流，再通过FLAC3D软件调用该命令流进行检查和计算，最后得到计算结果。

在使用FLAC3D软件评价溶洞稳定性过程中，其步骤主要包含模型的建立、设置材料参数、设置初始条件、布置监测点、设置边界条件、求解初始应力场、施加工程荷载并计算求解等。基于这一思路，将软件分为8 个模块，基本框架如图1 所示。

图1 软件包基本框架

2 软件包系统模块的划分与功能实现

（1）主控界面。基于上述思路，设计软件包的主控界面包括上述8 个模块的命令按钮，在使用该软件包的过程中需要按照FLAC3D命令流编写的顺序进行设置，先建立模型，才能进行模型参数的设置；进行初始求解之前必须先设置材料参数。将开发好的程序软件包转化成“.exe”格式，使其在任何系统下都能进行操作。

软件在计算过程中自动生成“flac3d.xls”的excel电子表格文档，将生成的FLAC3D命令流保存在其中，使用者只需将表格内容另存为txt 文档，就可以实现用FLAC3D软件调用命令流。该软件不直接将命令流写入txt 文档中，而是先写入excel 电子表格，再进行文档格式的转换工作，其原因在于excel 电子表格中的每个单元格都有固定的地址，方便数据的读取和写入，节省程序编写的工作量。

（2）各模块操作界面。通过主控界面将各个功能模块调出并进行设置，从而完成FLAC3D整个命令流的编写过程（如表1 所示）。

3 工程应用实例

运用此次设计的程序软件包进行溶洞稳定性数值模拟评价，主要包括建立模型、参数设置和FLAC3D计算求解三个步骤。其中，前两个步骤是在程序软件包操作界面中完成，第三个步骤则是在软件包以外进行操作,具体流程如图2所示。

（1）工程概况。以某岩溶区工程建设项目中M473 钻孔钻遇的溶洞为例，洞跨19.6m，顶层溶洞顶板厚度为1.3m，2 层，埋深9m，场地整平后上覆土层厚度约12.4m，上覆土层按等效荷载施加于溶洞顶板上，其荷载为235kPa，上部设计荷载为160kPa（如图3 所示）。

（2）模型建立。根据溶洞追踪孔钻遇的剖面，先将上覆土层及填土按等效荷载施加，建立模型时不考虑土层。溶洞模型和溶洞左右围岩模型将按照溶洞模型模块操作界面进行建模。

各块模型建立完成后，“返回”到主控界面，到“完成建模”。此时打开“flac3d.xls”表格，查看生成的模型命令流，将其另存为txt 文档中，便可用FLAC3D软件对其进行调用。

表1 程序中各个功能模块简介

图2 运用程序软件包进行溶洞稳定性计算流程图

（3）参数设置及计算求解。按照FLAC3D命令流编写的顺序，依次打开各参数设置的操作界面，进行设置，将生成的“flac3d.xls”文件另存为“.txt”格式，再用FLAC3D软件对其进行调用，计算结果如图4 所示。参考相应的规范和标准，以塑性破坏区的分布面积和关键点的竖向位移量作为评价指标，便可对溶洞模型的稳定性进行评价。

图3 M473 钻孔钻遇的溶洞剖面图（单位：m）

图4 M473 钻孔钻遇溶洞模型破坏区分布特征及竖向位移等值线云图（单位：m）

4 结束语

软件包采用可视化操作软件Visual Basic 编制，解决了用FLAC3D内置命令流直接编写代码来建立复杂的溶洞模型困难的问题。该软件针对性强，操作界面简单，便捷易懂，适用于岩溶洞穴的稳定性评价，特别是在建模方面，通过输入溶洞的参数便可建立复杂的模型，节省大量的时间，也给FLAC3D初学者提供一个快速上手的机会。