李志宇，劉振宇，劉小明，田月明

廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)站，廣西 南寧 530002

1 軟件包基本思路

軟件包采用可視化操作軟件Visual Basic 進(jìn)行編制，使用者通過(guò)在可視化操作界面上輸入溶洞的三維模型坐標(biāo)參數(shù)、模型材料、材料參數(shù)、邊界條件和初始條件等，便可自動(dòng)生成FLAC3D命令流，再通過(guò)FLAC3D軟件調(diào)用該命令流進(jìn)行檢查和計(jì)算，最后得到計(jì)算結(jié)果。

在使用FLAC3D軟件評(píng)價(jià)溶洞穩(wěn)定性過(guò)程中，其步驟主要包含模型的建立、設(shè)置材料參數(shù)、設(shè)置初始條件、布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)、設(shè)置邊界條件、求解初始應(yīng)力場(chǎng)、施加工程荷載并計(jì)算求解等?；谶@一思路，將軟件分為8 個(gè)模塊，基本框架如圖1 所示。

圖1 軟件包基本框架

2 軟件包系統(tǒng)模塊的劃分與功能實(shí)現(xiàn)

（1）主控界面。基于上述思路，設(shè)計(jì)軟件包的主控界面包括上述8 個(gè)模塊的命令按鈕，在使用該軟件包的過(guò)程中需要按照FLAC3D命令流編寫(xiě)的順序進(jìn)行設(shè)置，先建立模型，才能進(jìn)行模型參數(shù)的設(shè)置；進(jìn)行初始求解之前必須先設(shè)置材料參數(shù)。將開(kāi)發(fā)好的程序軟件包轉(zhuǎn)化成“.exe”格式，使其在任何系統(tǒng)下都能進(jìn)行操作。

軟件在計(jì)算過(guò)程中自動(dòng)生成“flac3d.xls”的excel電子表格文檔，將生成的FLAC3D命令流保存在其中，使用者只需將表格內(nèi)容另存為txt 文檔，就可以實(shí)現(xiàn)用FLAC3D軟件調(diào)用命令流。該軟件不直接將命令流寫(xiě)入txt 文檔中，而是先寫(xiě)入excel 電子表格，再進(jìn)行文檔格式的轉(zhuǎn)換工作，其原因在于excel 電子表格中的每個(gè)單元格都有固定的地址，方便數(shù)據(jù)的讀取和寫(xiě)入，節(jié)省程序編寫(xiě)的工作量。

（2）各模塊操作界面。通過(guò)主控界面將各個(gè)功能模塊調(diào)出并進(jìn)行設(shè)置，從而完成FLAC3D整個(gè)命令流的編寫(xiě)過(guò)程（如表1 所示）。

3 工程應(yīng)用實(shí)例

運(yùn)用此次設(shè)計(jì)的程序軟件包進(jìn)行溶洞穩(wěn)定性數(shù)值模擬評(píng)價(jià)，主要包括建立模型、參數(shù)設(shè)置和FLAC3D計(jì)算求解三個(gè)步驟。其中，前兩個(gè)步驟是在程序軟件包操作界面中完成，第三個(gè)步驟則是在軟件包以外進(jìn)行操作,具體流程如圖2所示。

（1）工程概況。以某巖溶區(qū)工程建設(shè)項(xiàng)目中M473 鉆孔鉆遇的溶洞為例，洞跨19.6m，頂層溶洞頂板厚度為1.3m，2 層，埋深9m，場(chǎng)地整平后上覆土層厚度約12.4m，上覆土層按等效荷載施加于溶洞頂板上，其荷載為235kPa，上部設(shè)計(jì)荷載為160kPa（如圖3 所示）。

（2）模型建立。根據(jù)溶洞追蹤孔鉆遇的剖面，先將上覆土層及填土按等效荷載施加，建立模型時(shí)不考慮土層。溶洞模型和溶洞左右圍巖模型將按照溶洞模型模塊操作界面進(jìn)行建模。

各塊模型建立完成后，“返回”到主控界面，到“完成建?！?。此時(shí)打開(kāi)“flac3d.xls”表格，查看生成的模型命令流，將其另存為txt 文檔中，便可用FLAC3D軟件對(duì)其進(jìn)行調(diào)用。

表1 程序中各個(gè)功能模塊簡(jiǎn)介

圖2 運(yùn)用程序軟件包進(jìn)行溶洞穩(wěn)定性計(jì)算流程圖

（3）參數(shù)設(shè)置及計(jì)算求解。按照FLAC3D命令流編寫(xiě)的順序，依次打開(kāi)各參數(shù)設(shè)置的操作界面，進(jìn)行設(shè)置，將生成的“flac3d.xls”文件另存為“.txt”格式，再用FLAC3D軟件對(duì)其進(jìn)行調(diào)用，計(jì)算結(jié)果如圖4 所示。參考相應(yīng)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，以塑性破壞區(qū)的分布面積和關(guān)鍵點(diǎn)的豎向位移量作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，便可對(duì)溶洞模型的穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

圖3 M473 鉆孔鉆遇的溶洞剖面圖（單位：m）

圖4 M473 鉆孔鉆遇溶洞模型破壞區(qū)分布特征及豎向位移等值線云圖（單位：m）

4 結(jié)束語(yǔ)

軟件包采用可視化操作軟件Visual Basic 編制，解決了用FLAC3D內(nèi)置命令流直接編寫(xiě)代碼來(lái)建立復(fù)雜的溶洞模型困難的問(wèn)題。該軟件針對(duì)性強(qiáng)，操作界面簡(jiǎn)單，便捷易懂，適用于巖溶洞穴的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)，特別是在建模方面，通過(guò)輸入溶洞的參數(shù)便可建立復(fù)雜的模型，節(jié)省大量的時(shí)間，也給FLAC3D初學(xué)者提供一個(gè)快速上手的機(jī)會(huì)。