1. 引言

巖土材料不同于鋼和混凝土材料，在選擇本構模型時更困難。巖土材料有三個特點，這三個特點導致在數(shù)值計算時會產生特殊的問題。

第一個問題是物理不穩(wěn)定性。如果巖土材料破壞時出現(xiàn)軟化行為，就會出現(xiàn)物理不穩(wěn)定性。當物理不穩(wěn)定性發(fā)生時，部分材料儲存的能量會以動能形式釋放，這會導致解答可能無法收斂。

第二個特點是非線性材料的路徑依賴性。大多數(shù)地質力學系統(tǒng)有無數(shù)的解決方案可以滿足描述系統(tǒng)的平衡、兼容性和本構關系。為了找到一個"正確"的解決方案，必須指定一條路徑。例如通過爆炸的開挖是突然進行的，那么解答可能會受到慣性效應的影響，從而引入材料的附加破壞；但如果開挖是逐漸進行的，那么這種情況就不會出現(xiàn)。數(shù)值求解方法應該能夠適應不同的加載路徑以正確應用本構模型。

第三個特點是應力-應變響應的非線性。這包括彈性剛度和強度包絡對約束應力的非線性依賴，包括極限破壞后的行為，它根據(jù)應力水平而改變特性(例如在拉伸、非約束和約束條件下的不同破壞后響應)。數(shù)值求解方法需要能夠適應這些不同形式的非線性。

上述在地質力學數(shù)值模擬中所面臨的困難---物理不穩(wěn)定性、路徑依賴性以及極端非線性本構模型的模擬可以通過使用顯式動態(tài)的求解方法來解決，例如FLAC3D和3DEC。顯式動態(tài)的求解方法允許數(shù)值分析以真實的方式跟蹤地質力學系統(tǒng)的演變，而不必擔心數(shù)值不穩(wěn)定的問題。顯式動態(tài)求解方法建立了完整的動態(tài)運動方程，即使模擬的物理系統(tǒng)不穩(wěn)定，例如邊坡的突然倒塌，但數(shù)值解是穩(wěn)定的。當系統(tǒng)中的一些應變能量轉化為動能時，因為包括了慣性項，所以能夠耗散動能而達到靜力平衡。顯式動態(tài)求解方法直接模擬了這一過程。(zone mechanical energy active/clear)

相反，如果求解方法中不包括慣性項，那么必須使用一些數(shù)值程序來處理物理不穩(wěn)定性。即使該過程能成功地防止數(shù)值不穩(wěn)定，但所應用的路徑也可能不是真實的。系統(tǒng)的物理演化方式會影響到解的結果。顯示動態(tài)的求解方案可以遵循物理路徑。通過包括完整的運動規(guī)律，可以評估加載路徑對本構響應的影響。顯式動態(tài)求解方案也允許實施強非線性本構模型，因為一般的計算順序允許模型中每個元素的場量(力/應力和速度/位移)在一個計算步驟中相互物理隔離，通過增量公式可以實現(xiàn)彈性/塑性本構模型。

2. 本構模型

FLAC3D/3DEC包含了線性和非線性的本構模型[FLAC3D 7.0 新特性簡介(P3)---新的本構模型]，通過下面的代碼調用。

zone cmodel assign (FLAC3D)block zone cmodel assign (3DEC)

2.1 Null Model Group

Null Model

2.2 Elastic Model Group

(1) Isotropic Elastic Model

(2) Anisotropic (Transversely) Elastic Model

(3) Orthotropic Elastic Model

2.3 Plastic Model Group

(1) Drucker-Prager Model

(2) Mohr-Coulomb Model

(3) Ubiquitous-Joint Model

(4) Anisotropic-Elasticity Ubiquitous-Joint Model

(5) Strain-Softening/Hardening Mohr-Coulomb (SSoft) Model

(6) Bilinear Strain-Softening/Hardening Ubiquitous-Joint (SUBI) Model

(7) Double-Yield Model

(8) Modified Cam-Clay Model

(9) Hoek-Brown Model

(10) Hoek-Brown-PAC Model

(11) Cap-Yield (CYSoil) Model

(12) Simplified Cap-Yield (CHSoil) Model

(13) Plastic-Hardening (PH) Model

(14) Swell Model

(15) Mohr-Coulomb Tension Crack (MohrT) Model*

(16) Soft-Soil Model

(17) NorSand Model

(18) Finn Model

(19) P2PSand Model

(20) IMASS Model

2.4 Creep Constitutive Models

(1) Maxwell Model

(2) Burgers Model

(3) Power Model

(4) WIPP Model

(5) Burgers-Mohr Model

(6) Power-Mohr Model

(7) Power-Ubiquitous Model

(8) WIPP-Drucker Model

(9) WIPP-Salt Model

(10) Soft-Soil-Creep Model