User’s Guide Contents - 1

TABLE OF CONTENTS

1 INTRODUCTION
1.1 Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-1
1.2 Comparison with Other Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-3
1.3 General Features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-4
1.3.1 Basic Features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-4
1.3.2 Optional Features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-6
1.3.3 Modeling Physical Processes and Interactions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-7
1.4 Summary of Updates from Version 2.1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-9
1.4.1 Hysteretic Damping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-9
1.4.2 Hoek-Brown Constitutive Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-9
1.4.3 Thermal Advection Logic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-9
1.4.4 Hydration Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 - 10
1.4.5 Computation Enhancements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 - 10
1.4.6 Movie Feature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 - 10
1.4.7 Network Key Facility . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 - 10
1.4.8 3DShop Compatibility . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 - 11
1.4.9 Fluid-Flow Particle Tracking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 - 11
1.4.10 New Features in FISH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 - 11
1.4.11 New Command and Utilities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 - 11
1.4.12 New Example Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 - 12
1.5 Fields of Application . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 - 13
1.6 Guide to the FLAC 3D Manual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 - 14
1.7 Itasca Consulting Group, Inc. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 - 18
1.8 User Support . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 - 19
1.9 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 - 20

2 GETTING STARTED
2.1 Installation and Start-up Procedures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-3
2.1.1 System Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-3
2.1.2 Installation of FLAC 3D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-4
2.1.3 Components of FLAC 3D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-4
2.1.4 Utility Software and Graphics Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-5
2.1.5 Start-up . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-5
2.1.6 Version Identification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-7
2.1.7 Program Initialization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-7
2.1.8 Running FLAC 3D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-8

FLAC 3D Version 3.0

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2.1.9 Installation Tests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-8

2.2 A Simple Tutorial — Use of Common Commands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 - 11
2.3 Nomenclature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 - 22
2.4 The Finite Difference Grid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 - 26
2.5 Command Syntax . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 - 27
2.6 Named Objects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 - 29
2.6.1 Macro Object . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 - 29
2.6.2 Model Object . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 - 30
2.6.3 General Advice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 - 32
2.7 Mechanics of Using FLAC 3D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 - 35
2.7.1 Simple Grid Generation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 - 37
2.7.2 Assigning Material Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 - 42
2.7.3 Applying Boundary and Initial Conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 - 45
2.7.4 Stepping to Initial Equilibrium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 - 50
2.7.5 Performing Alterations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 - 55
2.7.6 Saving/Restoring the Problem State . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 - 57
2.7.7 Summary of Commands for Simple Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 - 61
2.8 Sign Conventions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 - 63
2.9 Systems of Units . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 - 65
2.10 Precision Limits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 - 66
2.11 Files . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 - 67
2.12 Introducing the FLAC 3D Graphical User Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 - 70
2.13 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 - 76

3 PROBLEM SOLVING WITH FLAC 3D

3.1 General Approach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-2
3.1.1 Step 1: Define the Objectives for the Model Analysis . . . . . . . . . . . . . . . 3-3
3.1.2 Step 2: Create a Conceptual Picture of the Physical System . . . . . . . . . . 3-3
3.1.3 Step 3: Construct and Run Simple Idealized Models . . . . . . . . . . . . . . . . 3-4
3.1.4 Step 4: Assemble Problem-Specific Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-4
3.1.5 Step 5: Prepare a Series of Detailed Model Runs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-4
3.1.6 Step 6: Perform the Model Calculations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-5
3.1.7 Step 7: Present Results for Interpretation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-5

FLAC 3D Version 3.0

User’s Guide Contents - 3

3.2 Grid Generation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-6

3.2.1 Overview of the Grid Generator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-6
3.2.1.1 Zone Generation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-7
3.2.1.2 Connecting Adjoining Primitive Shapes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 12
3.2.2 Fitting the Grid to Simple Shapes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 15
3.2.3 Grid Generation with FISH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 19
3.3 Boundary Conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 22
3.3.1 Stress Boundary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 22
3.3.1.1 Applied Stress Gradients . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 24
3.3.1.2 Changing Boundary Stress . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 25
3.3.1.3 Cautions and Advice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 28
3.3.2 Displacement Boundary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 31
3.3.3 Real Boundaries — Choosing the Right Type . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 36
3.3.4 Artificial Boundaries . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 37
3.3.4.1 Symmetry Planes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 37
3.3.4.2 Boundary Truncation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 37
3.4 Initial Conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 38
3.4.1 Uniform Stresses — No Gravity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 38
3.4.2 Stresses with Gradients — Uniform Material . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 39
3.4.3 Stresses with Gradients — Nonuniform Material . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 40
3.4.4 Stress Initialization in a Nonuniform Grid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 41
3.4.5 Compaction within a Nonuniform Grid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 44
3.4.6 Initial Stresses following a Model Change . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 47
3.4.7 Stress and Pore Pressure Initialization with a Phreatic Surface . . . . . . . . 3 - 48
3.4.8 Initialization of Velocities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 51
3.5 Loading and Sequential Modeling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 52
3.6 Choice of Constitutive Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 59
3.6.1 Overview of Constitutive Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 59
3.6.2 Selection of an Appropriate Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 63
3.6.3 The Effect of Water . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 66
3.6.4 Ways to Implement Constitutive Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 67
3.7 Material Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 68
3.7.1 Mass Density . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 68
3.7.2 Intrinsic Deformability Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 69
3.7.3 Intrinsic Strength Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 72
3.7.4 Post-Failure Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 75
3.7.4.1 Shear Dilatancy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 75
3.7.4.2 Shear Hardening/Softening . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 77
3.7.4.3 Volumetric Hardening/Softening . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 81
3.7.4.4 Tensile Softening . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 81

FLAC 3D Version 3.0

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3.7.4.5 Volume-Pressure Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 84

3.7.5 Extrapolation to Field-Scale Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 84
3.7.6 Spatial Variation and Randomness of Property Distribution . . . . . . . . . . 3 - 91
3.8 Tips and Advice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 92
3.9 Interpretation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 100
3.9.1 Unbalanced Force . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 100
3.9.2 Gridpoint Velocities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 100
3.9.3 Plastic Indicators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 101
3.9.4 Histories . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 102
3.10 Modeling Methodology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 103
3.10.1 Modeling of Data-Limited Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 103
3.10.2 Modeling of Chaotic Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 103
3.10.3 Localization, Physical Instability and Path-Dependence . . . . . . . . . . . . . 3 - 105
3.11 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 107

4 FISH BEGINNER’S GUIDE

4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 - 1
4.2 Tutorial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 - 2

5 MISCELLANEOUS
5.1 FLAC 3D Runtime Benchmark . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-1
5.2 Error Reporting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-3
5.2.1 Reporting via Internet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-3
5.2.2 Reporting via Fax . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-3
5.3 Technical Support Service . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-3

6 BIBLIOGRAPHY

FLAC 3D Version 3.0

User’s Guide Contents - 5

TABLES
Table 2.1 FLAC 3D RAM usage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-6
Table 2.2 Typographical conventions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 - 28
Table 2.3 Summary of common boundary-condition commands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 - 46
Table 2.4 Summary of common initial condition commands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 - 47
Table 2.5 Basic commands for simple analyses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 - 62
Table 2.6 Systems of units — mechanical parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 - 65
Table 2.7 Systems of units — groundwater flow parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 - 65
Table 3.1 Recommended steps for numerical analysis in geomechanics . . . . . . . . . . . . . . . 3-3
Table 3.2 Primitive mesh shapes available with the GENERATE zone command . . . . . . . . 3-7
Table 3.3 Characteristics keywords for GENERATE zone primitive shapes . . . . . . . . . . . . . 3-8
Table 3.4 FLAC 3D constitutive models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 61
Table 3.5 Selected elastic constants (laboratory-scale) for rocks (adapted from Goodman
1980) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 69
Table 3.6 Selected elastic constants (laboratory-scale) for soils (adapted from Das 1994) 3 - 70
Table 3.7 Selected elastic constants (laboratory-scale) for transversely isotropic rocks
(Batugin and Nirenburg, 1972) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 70
Table 3.8 Selected strength properties (laboratory-scale) for rocks (adapted from Good-
man 1980) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 73
Table 3.9 Selected strength properties (drained, laboratory-scale) for soils (Ortiz et al.,
1986) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 74
Table 3.10 Typical values for dilation angle (Vermeer and de Borst, 1984) . . . . . . . . . . . . . 3 - 76
Table 3.11 Characterization of rock masses on the basis of interlocking and joint alteration
— from Hoek and Brown (1997) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 89
Table 3.12 Estimate of Geological Strength Index (GSI) based on geological descriptions
— from Hoek and Brown (1997) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 89
Table 4.1 Commands that directly refer to FISH names . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-4
Table 5.1 FLAC 3D runtime calculation rates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-2

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FIGURES
Figure 2.1 Windows plot from “TEST3.DAT” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 - 10
Figure 2.2 Brick-type mesh for trench example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 - 12
Figure 2.3 Maximum unbalanced force history . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 - 17
Figure 2.4 z-displacement history at (x = 4, y = 4, z = 8) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 - 17
Figure 2.5 Gravitational stress contours at initial equilibrium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 - 19
Figure 2.6 Displacement contours at 2000 steps after excavation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 - 21
Figure 2.7 Example of a FLAC 3D model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 - 22
Figure 2.8 Finite difference grid with 1000 zones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 - 26
Figure 2.9 General solution procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 - 36
Figure 2.10 Corner coordinate keywords for a standard FLAC 3D mesh shape . . . . . . . . . . 2 - 38
Figure 2.11 Element numbering for a radially graded mesh around brick (size n1 n2 n3
n4) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 - 40
Figure 2.12 Radially graded trench model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 - 41
Figure 2.13 Radially graded trench model with trench excavated . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 - 45
Figure 2.14 Quarter-symmetry model of trench excavation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 - 50
Figure 2.15 Maximum unbalanced force history . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 - 52
Figure 2.16 x-velocity history at (x = 3, y = 4, z = 4) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 - 53
Figure 2.17 z-displacement history at (x = 0, y = 0, z = 8) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 - 53
Figure 2.18 Displacement contours for trench excavation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 - 56
Figure 2.19 Displacement history at trench wall . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 - 56
Figure 2.20 Displacement histories indicating failure at the third excavation stage . . . . . . 2 - 60
Figure 2.21 Displacement histories indicating trench is stable with cable support . . . . . . . 2 - 60
Figure 2.22 Forces in cables and displacement contours around trench excavation . . . . . . 2 - 61
Figure 2.23 Sign convention for positive stress-components . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 - 63
Figure 2.24 Mechanical pressure: (a) positive; (b) negative . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 - 64
Figure 2.25 The FLAC 3D main window . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 - 70
Figure 2.26 The menu items . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 - 71
Figure 2.27 The File / Call dialog box . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 - 72
Figure 2.28 A plot window . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 - 73
Figure 3.1 Spectrum of modeling situations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-2
Figure 3.2 Grid for cylindrical tunnel model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-8
Figure 3.3 Radially graded grid around cylindrical tunnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-9
Figure 3.4 Horseshoe-shaped tunnel made from radcylinder and radtunnel primitives . . 3 - 10
Figure 3.5 Complete horseshoe-shaped tunnel made from reflect keyword . . . . . . . . . . . . 3 - 11
Figure 3.6 z-displacement contours in two attached grids with zone ratio of 2 to 1 . . . . . 3 - 14
Figure 3.7 z-displacement contours in single grid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 14
Figure 3.8 Inner grid for the service and main tunnels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 16
Figure 3.9 Liner elements in service tunnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 17

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Figure 3.10 Complete grid for service and main tunnels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 18

Figure 3.11 Initial radial-brick primitive to create a radially graded mesh around a spherical
cavity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 21
Figure 3.12 Radially graded mesh around a spherical cavity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 21
Figure 3.13 Local face axes defined by (d) dip direction, (s) strike direction and (n) normal
direction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 23
Figure 3.14 Applied forces resulting from APPLY nstress . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 24
Figure 3.15 Plasticity state for instantaneous excavation of tunnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 28
Figure 3.16 Applied horizontal forces on tilted body . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 29
Figure 3.17 Rotational displacement induced by forces on tilted body . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 29
Figure 3.18 Uplift of model when material is removed . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 31
Figure 3.19 Local gridpoint axes defined by (d) dip direction, (s) strike direction and (n)
normal direction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 32
Figure 3.20 Applied velocities using the local axes plane . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 33
Figure 3.21 Applied velocities without the local axes plane . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 34
Figure 3.22 FLAC 3D grid of mountain range . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 43
Figure 3.23 Horizontal stress contours in mountain range . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 44
Figure 3.24 Nonuniform stresses and displacements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 45
Figure 3.25 Uniform stresses and displacements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 47
Figure 3.26 FLAC 3D grid of main tunnels and service tunnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 54
Figure 3.27 Displacement histories at crown and springline of service tunnel for stage 1
—
Gp 2799 at (x=3, y=0, z=-1); Gp 2337 at (x=0, y=0, z=2);
Gp 2812 at (x=3, y=25, z=-1); Gp 2350 at (x=0, y=25, z=2) . . . . . . . . . . . . 3 - 56
Figure 3.28 Displacement histories at crown and springline of service tunnel for stage 2
—
Gp 2799 at (x=3, y=0, z=-1); Gp 2337 at (x=0, y=0, z=2);
Gp 2812 at (x=3, y=25, z=-1); Gp 2350 at (x=0, y=25, z=2) . . . . . . . . . . . . 3 - 58
Figure 3.29 Contour plot of displacement magnitude in the grid and minimum principal
stress in the lining after partial excavation of the main tunnel . . . . . . . . . . . 3 - 58
Figure 3.30 Stress-displacement plots for compression of Mohr-Coulomb material. Re-
sponse is shown for an interior location (upper curve) and a boundary
location (lower curve). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 64
Figure 3.31 Stress-displacement for compression test of strain-softening material (similar
monitoring points to Figure 3.30) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 65
Figure 3.32 Stress-displacement plots for compression test of Mohr-Coulomb material at
constant pore pressure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 66
Figure 3.33 Idealized relation for dilation angle, ψ, from triaxial test results (Vermeer and
de Borst, 1984) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 76
Figure 3.34 Stress-displacement plot for uniaxial test of shear-softening material . . . . . . 3 - 79
Figure 3.35 Contours of shear-strain rate indicating shear bands in strain-softening mate-
rial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 80
Figure 3.36 Yielded region identified as zones with plastic shear strain > 0.2 . . . . . . . . . . 3 - 80

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Figure 3.37 Axial stress versus axial displacement, for tensile test of tension-softening
material . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 83
Figure 3.38 Circumferential displacement versus axial displacement, for tensile test of
tension-softening material . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 83
Figure 3.39 Shear strain-rate contours and velocity vectors in slope model at last non-
equilibrium state . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 98
Figure 3.40 A small portion of a jointed rock mass . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 104

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EXAMPLES
Example 2.1 FLAC 3D output from “TEST1.DAT” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-9
Example 2.2 Creating and using a plot view . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 - 11
Example 2.3 Specifying view parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 - 13
Example 2.4 Using macros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 - 29
Example 2.5 Using line continuations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 - 30
Example 2.6 Using a named model object . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 - 31
Example 2.7 Illustrating the behavior of RANGE, GROUP and MACRO model objects . . . 2 - 31
Example 2.8 Using macros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 - 32
Example 2.9 Creating new commands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 - 33
Example 2.10 Using different object types to do the same job . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 - 33
Example 2.11 Creating named ranges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 - 34
Example 2.12 Generating a simple brick element . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 - 37
Example 2.13 Using actual coordinates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 - 38
Example 2.14 A sloping surface at the top of a mesh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 - 39
Example 2.15 Combining a regular and a radially graded mesh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 - 39
Example 2.16 Combining GEN commands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 - 40
Example 2.17 Creating a model by reflecting elements on planes of symmetry . . . . . . . . . 2 - 42
Example 2.18 Assigning different material models in different areas of a single grid . . . . 2 - 44
Example 2.19 Creating and using a named range . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 - 44
Example 2.20 Trench problem — quarter-symmetry model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 - 49
Example 2.21 Stepping to initial equilibrium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 - 51
Example 2.22 Excavating the trench and monitoring the response . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 - 55
Example 2.23 Trench problem — excavation in stages and support . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 - 57
Example 2.24 Using comments during model testing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 - 73
Example 2.25 The GUI tutorial file “TRENCH1.DAT” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 - 74
Example 3.1 Building a horseshoe-shaped tunnel — half model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 10
Example 3.2 Building a horseshoe-shaped tunnel — full model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 11
Example 3.3 Two unequal sub-grids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 13
Example 3.4 A single grid for comparison to two sub-grids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 13
Example 3.5 Creating a grid for two tunnels with the same invert elevation . . . . . . . . . . . 3 - 15
Example 3.6 Creating a liner in the service tunnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 17
Example 3.7 Creating the boundary grid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 18
Example 3.8 Parameters to create a radially graded mesh around a spherical cavity . . . . 3 - 19
Example 3.9 FISH function to position gridpoints for a mesh around a spherical shape 3 - 19
Example 3.10 Applying a normal stress to a dipping boundary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 23
Example 3.11 Apply changing stress boundary with a FISH function . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 25
Example 3.12 Apply changing stress boundary with a FISH history . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 26
Example 3.13 Apply changing stress boundary with a table history . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 26

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Example 3.14 Gradual excavation of a circular tunnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 27

Example 3.15 Spin when grid is not in equilibrium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 28
Example 3.16 Uplift when material is removed . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 30
Example 3.17 Applying normal velocities at corners . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 32
Example 3.18 Applying local axes velocities along model edges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 33
Example 3.19 Rotating retaining wall . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 35
Example 3.20 Initial and boundary stresses in equilibrium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 39
Example 3.21 Initial stress state with gravitational gradient . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 39
Example 3.22 Initial stress gradient in a nonuniform material . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 40
Example 3.23 Initial stress state for a nonuniform grid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 41
Example 3.24 Initial stress state for an irregular free surface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 42
Example 3.25 Nonuniform stress initialized in nonuniform grid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 44
Example 3.26 Initial stresses following a model change . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 47
Example 3.27 Stress and pore pressure initialization with a phreatic surface
— grid configured for groundwater . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 49
Example 3.28 Stress and pore pressure initialization with a phreatic surface
— grid not configured for groundwater . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 50
Example 3.29 Velocity gradient in a triaxial test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 51
Example 3.30 Sequential excavation and lining of tunnels — initial grid . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 53
Example 3.31 Sequential excavation and lining of tunnels — initial state . . . . . . . . . . . . . . 3 - 54
Example 3.32 Sequential excavation and lining of tunnels — stage 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 55
Example 3.33 Sequential excavation and lining of tunnels — stage 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 56
Example 3.34 Compression test on Mohr-Coulomb material . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 63
Example 3.35 Compression test on strain-softening material . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 64
Example 3.36 Uniaxial test of a shear-softening material . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 78
Example 3.37 Tension test on tensile-softening material . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 82
Example 3.38 Factor-of-safety calculation for slope stability analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 97
Example 4.1 Defining a FISH function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-2
Example 4.2 Using a variable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-3
Example 4.3 SETting variables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-3
Example 4.4 Test your understanding of function and variable names . . . . . . . . . . . . . . . . 4-4
Example 4.5 Capturing the history of a FISH variable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-4
Example 4.6 FISH functions to calculate bulk and shear moduli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-6
Example 4.7 Using symbolic variables in FLAC 3D input . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-7
Example 4.8 Controlled loop in FISH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-8
Example 4.9 Applying a nonlinear initial distribution of moduli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-8
Example 4.10 Splitting lines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-9
Example 4.11 Variable types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 - 10
Example 4.12 Action of the IF ELSE ENDIF construct . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 - 11
Example 4.13 Automated placing of cable elements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 - 11

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User’s Guide Contents - 11

Example 4.14 Sequence of excavation and cable placement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 - 12

Example 5.1 Benchmark data file — “TIMING.DAT” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 - 1

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Contents - 12 User’s Guide

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