入门指南-giic-UDEC4.0
菜单驱动模式运行离散元
1、菜单驱动模式运行离散元
对于Itasca加码图形界面是一个菜单驱动的图形界面开发，以协助助用户掌握Itasca代码。在UDEC中，UDEC—GIIC很容易与点和点击式操作，以访问所有的命令和设施。该GIIC结构是专门用来模拟预期的Windows功能，并允许显示的项目相对应的离散元操作的一般性鼠标性操作。你可以能够立即使用UDEC解决问题，无须通过命令来选择你需要的分析。本节提供了一个GIIC的介绍，并包括一个简单的教程，以帮助您开始。你会注意到在GIIC主菜单栏中一个帮助菜单。帮助按钮还包括在GIIC中的每一个工具，并且帮助窗格可以通过在模型工具标签上右击打开。咨询帮助意见可以得到具体的GIIC功能的详细信息。
图1-1 UDEC—GIIC主窗口
在利用UDEC进行全面的项目分析之前，我们强烈建议你阅读离散元用户指南和核查问题和示例应用程序，从而对离散元模型、分配材料特性、模型的初始条件和计算程序获得一个一般性的认识和理解。
1.1进入GIIC并选择分析选项
在开始/程序/Itasca/udec菜单中，当UDEC加载时，你可以选择“UDEC 4.01 with GIIC”，自动启动GIIC。或者，您可以在打开UDEC时，如果你在文本模式下，你可以在“udec>”提示下键入“giic”命令。GIIC主窗口如图1.1所示。
该代码名称和当前版本号印在标题栏中的窗口顶部，主菜单栏位于标题栏下方的位置。在主菜单栏下方有两个窗口：一个资源窗口和一个模型视图窗口。资源窗口包括四个以文本为基本信息的标签。“console”（控制台）标签显示文本输出和允许命令行输入（在窗口的底部）。“record”窗口显示生成当前模型项目状态的命令的记录。该记录以“项目树”的形式，显示保存文件之间的变化。保存状态显示在树状结构。数据可以作为离散元组命令形式导出到数据文件，命令组代表所分析的问题。“FISH”窗口可以打开FISH编辑器，能方便执行FISH的功能。项目说明显示在“Notes”窗口。
“Model-vies pane”（模型视图窗口）显示模型的图形化视图，附加标签查看可以添加到这个窗口，它显示用户自定义的图表。在模型视图窗口上部是包含建模阶段标签的标签栏。当你点击模型阶段标签的时候，就会打开一个工具栏，这包括访问模型工具的按钮。在图1.1中，生成的工具栏显示在模型选项对话框后面，当在您单击工具栏按钮，这将打开一个建模阶段的
工具，这些工具允许访问离散元命令来创建和运行模式。您可以使用“View”（查看）菜单操作任何视图窗格（例如，翻转或旋转视图，增加或减少的视图大小，打开或关闭该模型轴）。“View”菜单栏也可以在“Show”菜单栏中打开或关闭。“Show”菜单栏在图1.1中在模型查看窗口有显示。
图1.2 模型选项对话框图1.3 模型选项对话框中选择“cell-space detection”
在“Help”菜单中，提供了GIIC操作的帮助。菜单中包含关于GIIC的常见问题和所有GIIC 帮助文件的索引。
在“Console”窗口底部，提示行“udec>”允许直接从GIIC中输入UDEC的命令。“Console”窗口会对你输入的命令响应（echo）。你根本不需要使用命令行，相对于图形界面，如果你更喜欢使用命令行，这是一个快捷方式。状态栏位于主窗口的底部，显示关于目前活动视图或者工具的信息。对话框在图1.1GIIC主窗口和图1.2中分别有显示。这个对话框可以识别在你的UDEC 版本中，哪些分析模式是可以使用的（请注意,C++自定义的模型是一个单独的模块，可以在额外的费用下激活）。UDEC配置选项和逻辑联系必须在一个新的分析开始之前选定，而用户界面选项（结构单元、安全要素计算、巴顿-Bandis联合模型和流体流动分析模式）则可以在模型运行的时间进行。
在模型选项对话框中，你可以为你的分析选择一组单位。许多参数都会被标有相应的单位，许多已经定义的数值，如重力的大小、材料库中的属性，都会转化为选定的系统。单位系统的选择需要在分析开始之前做好。
如果您是新用户，或者只是想进行一个简单的静态分析，我们建议您单击模型选项对话框中的“OK”按钮访问基本的UDEC特征。在这种情况下，库仑滑动和连续屈服联合模型、无
论是刚体块体还是符合摩尔—库仑的各向同性弹性变形体，摩尔—库仑，应变软化，双降伏模式和遍存节理模式，都是有效的，在GIIC中执行的是静态的平面应变分析。如果在分析过程中，你想返回，例如，增加结构单元，在主菜单中单击“File/Model Options”。这将重新打开模型选项对话框。
1.2改变GIIC的参数选择
在分析过程中，在你选择你所想要操作的模型选项之后，你可以保存这些参数选择，这样这些选择在你每次进入GIIC的时候都是有效的。此外，你可以保存你喜欢的启动GIIC时的外观和感觉。你可以选择你想要打开的资源窗口，以及本窗口和模型视图窗口的大小。GIIC的外观选择是可以改变的。打开主菜单上的“Show”菜单，改变GIIC的窗口和工具栏的外观和感觉。一旦你感到满意，单击主菜单中的“File/Save Preferences”。
1.3建模阶段标签
该模型工具可以从位于模型视图窗口上边的模型阶段标签栏进入访问。该标签根据你建立和求解的模型的逻辑顺序进行排列。该次序是根据解决问题的建议程序的。建模工具描述如下。
?该几何模型是首次通过生成选项卡的方式产生。一个块的定义，然后分成两个或者更多的块体从而产生模型中的联合系统。块的变形亦是通过在每个块中安装有限差分得到。
?其次，利用材料栏目中的工具，材料模型和属性分配给模型中的块体和节理结构。
?边界和初始条件通过“In Situ”标签赋予
?“Utility”标签提供工具来监控模型变量和访问模型结果。
?“Settings”标签允许在分析中，设置或改变模型的全局的条件。
?通过“Plot”标签，UDEC中所有的输出工具都可以访问。
?利用“Run”标签，可以进行计算。
请注意，通过重新进入模型阶段标签，在解决过程中的任何点，模型的边界条件都是可以改变的。例如，模型属性可以随时通过“Material”标签得到改变，应力或压力的改变或以通过“In Situ”标签得到。此外，如果在模型选项对话框中，你选择“include structural elements”，在模型阶段标签中会包含一个“Structure”标签来访问该模型的结构支持。如果在模型选项对话框中，选中“include the factor-of-safety calculati006Fn”，在“Run”工具栏中会增加一个“Solve Fos”的按钮。如果在模型对话框中，选中“include the Barton-Bandis joint model”或“include the fluid flow analysis tools”，属性和有关这些选项的设置将会在模型工具中有效。
当你单击模型阶段标签中的任何一个，就会出现一个工具栏，提供可以访问模型工具，在其中你可以执行有关这个工具的选项。“Build”标签工具栏显示在图1.1中。接下来，给了一个简单的教程，提供模型工具的介绍，帮助你熟悉GIIC的选项。
1.4 一个简单的教程—GIIC的使用
在本节中，一个简单的教程旨在帮助你开始使用GIIC，本教程演示了几个建模工具来创建和解决一个简单的岩土项目问题。
这个例子是一个在节理岩体中浅深度挖掘的圆形的隧道。该岩体中含有一组间距为1.0米，倾斜角为320°的节理。有一个与隧道斜交成230°的断层。节理结果导致在隧道的顶端形成三角形的岩石块体，两种岩体连接类型的评价：一种是强连接的岩体，另一种是弱连接的岩体。该隧道被立即开挖，隧道周边的两种类型的节理性岩体的位移都被监测。
首选，按照1.1节中的程序启动GIIC（如果你通过在Itasca Codes组中双击UDEC4.0中的GICC 图标加载UDEC，就可以自动启动GIIC）。
一个简单的，静态的，平面应变分析在SI单元系统中运行，在这个例子中，块体常量自动设置，通常情况下，你可以使用默认域联系（domain-logic）检测模式。在这种情况下，如果你想监测任何块体的位移，这些块体可能从隧道顶部分离或掉落，你应该使用“cell-space detection”模式跟踪位移和下落块体的潜在接触。你可以在模型选项对话框中单击“cell-space detection”按钮来切换检测模式（见图1.3）。现在你可以按“OK”来保存你的设置。
当开始对项目建模时，会出现项目保存对话框，你就可以建立一个项目文件。这个对话框见图1.4。需要为该项目指定项目名称和文件名。你可以单击对话框中的“？”来选择保存项目文件的目录。你可以保存项目为“TUNNEL.PRJ”（注意“.PRJ”的扩展名是自动附加的）。项目式文件的位置和项目文件名出现在项目文件对话框中，如图1.4所示。该项目文件包含该项目的记录，并允许进入所有的模型保存文件，因此你可以为该分析创建不同的阶段。你可以在该项目的任何阶段停止，以后可以通过打开项目文件（从“File/Open Project menu item”）对其保存取和打开；整个项目和相关模型保存文件都可以在GIIC中访问。
图1.4 项目保存对话框
现在你可以开始创建模型了，创建初始块，你可以从“Build modeling-tool”工具单击“Bound”按钮，这个工具可以通过“BLOCK”命令创建初始模型的几何形状。如图1.5中所示，“New block”对话框，首先进入为模型初始块定义尺寸。块体常量，圆角边和长度和最小边的长度也是在这个对话框中设置的。你可以在“New block”对话框中按“OK”来选区择默认值10*10和为圆角边的长度过和最小长度自动设置。输出的块体现在显示在指定工具中。这个例子使用SI单位，所以这个模型区域为10米*10米。单击“View/Show axis values”菜单项来显示模型的X轴和Y轴。见图1.6。请注意，边界是可以改变的，通过使用这个工具还可以添加更多的角和边。你可以按“Execute”接受现在的几何边界。在UDEC中，“BLOCK”命令可以得到产生和执行。GIIC返回到模型视图窗口。
图1.5 新建块体对话框图1.6 在边界工具中产生的虚拟模型在这个时候，通过单击“Cracks”按钮，可以在模型中添加节理。（如果你想在模型中限制节理的范围，需要单击“Regions”按钮来定义分离的节理区域）。在节理菜单上，你单击“Joint-Regular”选项按钮。你可以在模型区的任何地方单击来定义节理的几何形状。或者，也可以点击“Input shape”按钮通过“JSet（continuous）”对话框输入几何形状。图1.7显示了为连续节理设置数值的对话框。你单击“Generate shape”来接受设置。在节理工具中，画出了虚拟节理，如图1.8所示。
一个单独的断层也可以使用“JSet（continuous）”对话框设置大的节理间距来创建，或者，
通过选择“Line”单选按钮和输入断层线的端点(x1=0.0, y1=1.5, x2=8.39, y2=11.5)。
图1.7 在“Cracks”工具中用来输入节理几何形状的“JSet（continuous）”对话框
图1.8 由“JSet（continuous）”对话框生成的连续节理
你可以通过选择单选按钮创建圈形隧道。你可以移动鼠标移动到隧道中心相对应的块体的位置，按住鼠标左健拖动。具有两个红色框的圆工具会出现，一个在圆心，一个沿圆周边（见图1.9）。当鼠标在每个方块里面位置时，你可以通过按住鼠标左健和拖动鼠标来移动圆和调整它的半径。或者，当鼠标在每个方块里面位置时，你可以右击鼠标打开一个对话框，选择质心坐标值和圆半径。图1.9中的圆圆心在X＝5.0，Y＝5.0的位置，半径为2.0米。
当你点“Generate shape”，这个圆就加入到块体中。请注意，这是一个“虚拟”块：在这个块体上的任何改动是可以撤消或更改的。你只需按上述“Changes”窗口中的一个箭头，就可以移动（或增加）相对于虚拟块体形创建的命令。
一旦你对更改感到满意，你可以按“Execute”。这可以发出命令到UDEC。UDEC命令得到处理，就会显示出多块体的模型，如图1.10所示。在图中，UDEC命令由此产生的显示在“Record”窗口中。
图1.9 由“Cracks”工具创建的圆形隧道
图1.10 在模型视图窗口中的圆形隧道UDEC节理模型
接下来，你应该按在“Build”工具栏上的“zone”按钮，以使块体变形。在这个工具晨，你可以选择将要就用到块体上的区域。你可以选择长度为05的最大区域边界，然后按“Set all”。代表近似于区域大小的直线就会生成画在模型上。然后按“Execute”按钮，这会导致划分模型的命令产生。现在你可以在模型视图窗口看到划分的模型的图，如图1.11所示。
图1.11 UDEC模型块体的划分
你可以使用“Material”工具栏来创建和配置材料，模型中可变形块体和节理的特性。可变形块体材料是从“Zonemat”工具创建的。你应该在该工具栏中按“Create”按钮来创建材料。一个属性编辑对话框就会打开，如图1.12所示。你选择一种本构模型；在各性同性弹性模型情况下，然后分配分类和材料名字，土和岩石可以被分成不同类别（例如“隧道”岩石），并给每个类别给予不同的材料名称（如“强岩石”和“弱岩石”）。材料的分类和材料名称是用来使每种材料和组的范围相关联。
你可以为本次分析创建一种材料：“岩石”是“隧道”类别，为岩石选择属性的属性编辑对话框如图1.12所示。
图1.12 创建可变形岩石材料的属性编辑对话框
你可以在属性编辑对话框中按“OK”来创建材料。该材料添加到材料单上，材料单位于“ZoneMat”工具的右侧。一旦分析所需的所有材料都创建并添加到该单上，它们就可以配置到区域上。它可以分配不同的材料到不同的区域块，或者不同标记区域的块体上，使用“zonemat”工具提供的“Range（范围）”工具。在这个例子中，你可以分配岩石材料到所有区域中。你应该注意隧道：岩石项目和按“SetAll”按钮来分配这种材料到块体的所有区域中。图1.13显示“ZoneMat”工具和岩石材料分配。当材料配置的时候，“Group”命令会列在“Change”窗口中。你现在可以按“Execute”发送命令到UDEC。
也可以通过按“ZoneMat”工具右下角的“Database”按钮来使用常见土和岩石材料和属性的数据库。该数据库分为不同的组和材料名称。你也可以在数据库工具中创建常见材料的自己的数据库，在该工具中你可以保存和加载到其他项目。数据库的材料以“.GMT”为扩展存储。
图1.13 在“ZoneMat”工具分配的区域材料
你可以按“Material”工具栏上的“JointMat”按钮来创建和分配材料和材料属性到模型的节理上。可以按“JointMat”工具上的“Creat”按钮打开“Property editor”（属性编辑）对话框来创建节理材料。在这个对话框中，你可以分配分类和材料名称，联合结构模型和分配材料属性。
你可按在“Property editor（属性编辑）”对话框中的“OK”来创建节理模型。该材料会添加到显示在“JointMat”工具右侧的材料单上。如果分析所需的所有材料都已经创建和添加到单子上，就可以使用“JointMat”工具上的“Range”工具，将它们分配到块体不同的节理上，或者是块体不同标记的区域。在这个例子中，你可以创建两种不同的节理类型：“强节理”和“弱节理”。弱节理材料和属性见图1.14所示。强节理和弱节理有相同的剪切和法向刚度；节理的摩
擦角为40°，强节理的内聚力和抗拉强度为100KPa。
图1.14 节理属性编辑对话框显示的弱节理材料和属性
你首先分配强节理材料到模型的所有节理上。（在分析中后来会把弱节理分配）。通过按“JointMat”工具上的“Set All”按钮，可以将强节理材料分配到模型中的所有节理上。如图1.15所示。你可以按“Execute”来发送节理材料属性命令到UDEC。
下一步是为模型分配边界条件，你可以选择“In Situ”工具栏上的“Bound”按钮。滚轴边界条件被应用到模型的底部的两边。在两侧附滚轴边界，你可以从外边界单上选择“xvelocity”（X方向速度）。按住鼠标左健拖动，创建涵盖左边界的选框。然后按“Apply range”按钮打开设置对话框。对该对话框中设置数值，X方向的约束为X速度为0，在选定的方格点上约束速度。因此，X方向的位移得到阻止。按对话框中的“OK”按钮设置速度。然后再次从条目单上选择X速度，重复以上步骤来约束X方向上的右边界。最近，选择项目列表上y方向速度，在底边界赋值y方向速度为0。图1.16显示了边界工具和设置对话框。按“Execute”发送这些命令到UDEC。图1.17显示了赋予边界条件后的模型视图窗口。
图1.15 在“JointMat”工具上分配节理属性
图1.16 “Bound”（边界）工具
图1.17 应用边界条件后的模型视图窗口
在该模型中运用“Utility”模型工具栏可以访问不同的变量。评估模型的平衡状态，单击“History”按钮打开“History”历史工具，然后单击“General”数据类型单选按钮。从菜单上选择不平衡项目，单击“Add”。在循环计算过程中，你可以监测模型的最大不平衡力。你还想监测隧道顶部的垂直位移。单击“Gridpoint”模式单选按钮，选择y位移历史。然后在隧道顶部块体内部格子上点鼠标。（注意不要选择在模拟中将要被删除的块体）。当你在格点上单击，会创建格点Y位移历史的“HISTORY”命令。图1.18和图1.19在历史工具中显示了运行的结果。按
“Execute”发送命令到UDEC。
图1.18 选择不平衡力在历史工具中监测
图1.19 选择隧道顶部的格点的Y位移在历史工具中监测
通过“Settings”模型工具栏，重力荷载作为重力设置指定到你的模型中。你可以单击“Gravity”按钮进入“Gravity Settings”（重力设置）对话框。然后，通过点击对话框中的地球图标，重力加速度会自动赋值为9.18m/sec2，（或者你可以输入不同的值），这个对话框显示在图1.20中。
图1.20 在“Gravity Settings”重力设置对话框设置重力
现在你可以将模型达到初始平衡状态。在重力荷载下，将模型循环计算至应力平衡状态。按“Run”模型工具，然后按“Solve”按钮。这会打开“Solve”计算工具，按“OK”调用“SOLVE”命令自动检测平衡。会出现计算对话框、时步数、最大不平衡力、平衡比例。平衡比例是用来检测平衡的，当比例减小到默认限制值为10—5时，计算结束。
在分析过程中，在不同阶段保存项目状态是一个好的方法。以这种方式，你可以很容易返回到某一状态和进行修改，而无需再次运行整个模拟。你可以在“Record”窗口的底部按“Save”按钮，在初始平衡状态保存项目模型的状态。这会打开一个对话框（如图1.21所示），该对话框允许用户为保存状态给定描述性标题，选择一个目录，在这个目录中你可以保存模型文件，并命名该文件。默认情况下，该文件的扩展名为“.SA V”。
你选择保存模型状态为“TUN1.SA V”，你必须保存文件到同一目录中的项目文件“TUNNEL.PRJ”中，这样该项目稍后可以打开，并进入到所有相关的保存文件中。保存的文件名添加到“Record”窗口顶部的单子中。每当保存模型状态时，就会添加一个新的保存文件名到单子中。你可以单击单子中的任何一个文件名打开保存状态。
图1.21 保存状态文件对话框
有几种方法可以确保已经达到平衡。通过在计算过程中绘制最大不平衡力的改变来进行快速检查。按“Plot”模型工具按钮，然后按“History”按钮，最后按“Unbalanced force”（不平衡力），不平衡力—时间曲线就会绘制出现。图1.22显示最大不平衡力趋近于0，这表明已经达到了平衡状态。如果不平衡力的历史接近一个非零值，这迹象说明模型失败。另一个检查的好方法是不管模型是否达到平衡或失败，在模型中产生速度矢量图形。“大”位移的集中区（大于近似的10-5）明确表明模型失败的部分。
图1.22 从“History”按钮中的最大不平衡力历史
你可以在UDEC模型中为多个变量创建图形。从“Plot”标签中点击“Model”按钮打开UDEC 图形项目对话框。对话框显示在图1.23中，这个对话框可以访问UDEC中的大多数一般性绘图工具。（请注意，在绘图工具栏中，不同的工具可以提供目录、历史、文件和失败图形）。例如，如果你想检查模型中的重力，你可以创建σyy—应力等值线图。点击“Contour-Total Stress/syy”，从“Plot Items tree”（输出项目树）里输出项目，添加到“Add Plot Items”单中，然后单击“Model setup/block”输出项目并添加到单子中。你可以创建一个填充等值线图或者一个线性等值线图。在默认情况下，填充等值线图通过填充颜色的界线来创建等值区域。由此产生的填充等值图见图1.24。
你可以从你选择的任何UDEC模型图中拷贝，在主菜单中点击“File/Print Plot”菜单项。如果当前Windows默认打印机到“LPT1”端口，点击该菜单项，你可以将当前活动的图形直接打印。“File/Print Plot Setup”菜单项可以用来改变打印设备设置。图1.25显示了设备设置的打印设
置对话框。
图1.23 输出项对话框
图1.24 由重力加载产生的σyy—应力等值图
现在你可以挖掘隧道。你可以从“Build”标签中选择“Cut&Fill”。为了在隧道中开挖，你
单击“Rectangular”单选按钮，单击并手动鼠标，选中块体的质心来删除隧道区域。你可以选
择“Block”单选按钮删除个别块体。“DELETE”命令对应于删除的块体也会列单到“Changes”窗口中。图1.26显示了“Cut&Fill”工具和隧道区域中删除的块体。你可以按“Execute”发送“DELETE”命令到UDEC。
你在这个阶段保存模型状态，“TUN2.SA V”就添加到“Record”记录树。
现在，你可以评价有强节理的岩石的状态。当你确定初始平衡状时，你可以通过使用“SOLVE”工具来执行分析。计算稳定状态，得到的隧道周边的位移通过y位移等值线图来说明。见图1.27。该图是能过点击“Contour-Motion/ydisplace”输出树中的输出项来产生的。
保存现阶段的模型状态为“TUN3.SA V”。
图1.26 由“Cut&Fill”工具隧道开挖模型
图1.27 强节理岩体：y-位移等值图
接下来，你可以评价有弱节理的岩体中由隧道开挖引起的节理岩体的反应。你首先需要返回到以前的模型状态。通过在“Record”窗口中双击“TUN1.SA V”文件名，返回到隧道岩体移动之前的状态。现在按窗口底部的“Follow”按钮。该项目树会创建两个“分支”。A分支包含关于强节理岩体开挖的保存文件，B分支是一个新的分支，你可以用来执行弱节理的模拟。见图1.28，请注意，两个分支都是从“TUN1.SA V”状态开始的。
你返回到“Material”材料工具栏，打开“JointMat”工具。现在选择隧道：弱节理在材料单中。单击“SetAll”按钮来更改所有的弱节理。
弱节理的初始应力状态与强节理的有明显的不同，因此，在使用“Run/Solve”工具更改节理属性之后，初始应力状态应该重新计算。图1.29绘出了在应用“SOLVE”之后的不平衡力历史；不平衡力中的跳跃表明当弱节理添加时，模型处于不平衡。
新的平衡状态保存为“TUN4.SA V”。
现在你可以删除隧道块体，在强节理情况之前，评价节理岩体的状态。在这个状态保存为“TUN5.SA V”。
现在你可以用“Run/Cycle”工具来计算模型的反应。在“Cycle”循环对话框中输入10000
计算时步为限制时步，如图1.30所示。能过这种方式，你可以评价在计算过程中的模型条件。