文章编号:1671-8755(2003)03-0050-05
收稿日期:2002-03-03
四川省教育厅基金项目(2002A022)
非线性数值分析在岩土工程中的应用
苏华友
(西南科技大学环境工程学院 四川绵阳 621010)
摘要:天然岩土体中都存在着不同成因的节理、裂隙和断层等软弱面,在对这种天然材料进行理论
研究与工程设计时,需要应用非线性数值分析方法。介绍了几种主要的非线性数值理论,并重点
讨论了有限元非线性分析和位移反分析法在边坡工程和地下工程中的应用。
关键词:非线性数值分析 位移反分析 岩土工程
中图分类号:O29;TB11文献标识码:A
随着我国经济的飞速发展,许多基础性的产业得到了大力开发和加强,特别是我国西部大开发方针更为我们提供了新的挑战和机遇,交通、水利水电、矿产资源以及许多公共工程显然处于较为突出的地位,这些领域的开发所依附的母体正是我们脚下的岩土。
早期人们对岩土的变形性状、破坏机制以及所建立的力学模型都仅限于线弹性范围内。但是,随着人们对岩石作为一种天然材料与其赋存的地质环境、形成历史,地壳运动以及工程因素之间联系的认识逐步加深,特别是一些对大型土木工程破坏的深入研究,如:法国的马尔巴赛(M alpasset)双曲拱坝,左坝肩边坡部分岩体1959年12月2日突然溃决,香港中心区一座27楼塌滑到山脚等,人们认识到把岩土体简单地当作线弹性材料来处理是远远不够的,需要对岩土体进行非线性数值分析。目前应用较多的非线性数值方法有:弹塑性有限元数值分析法、边界元法、离散元法、断裂力学、位移反分析、损伤力学分析等。
1 几种主要的非线性数值分析法简介
1.1 弹塑性理论求解岩石力学问题
在岩石力学中使用弹塑性理论是将岩石介质看做是一种连续介质(当然它们可以含有有限多个间断面),因为应力、应变等概念都是建立在连续介质模型基础上的。岩石是一种杂质体,它由各种不同的矿物组成,存在节理裂隙等不连续面和空隙,在细观上看,也是不连续的。弹塑性理论抓住问题的主要方面,在宏观的小尺度范围内来考虑各种力学量的统计平均值。
弹塑性力学的研究内容可分为以下两大部分:(1)研究材料固有的特性,建立应力、应变及温度之间关系的本构关系(数字表达式)。(2)分析弹塑性变形物体内应力、应变分布,研究物体在各种载荷作用下的稳定性问题。
1.2 边界元法
边界元法是同有限元法并行发展的另一类数值法。该方法在岩石力学中的应用自20世纪70年代以后有了较大的发展。P.K.Banerjee,C.A.Brebbia,S.L.Crouch 等人都曾对其发展和应用作出过有价值的贡献。我国自20世纪70年代进行岩石力学边界元的应用研究,在岩体稳定性分析、地下工程支护等方面做出了有第18卷 第3期
西南科技大学学报 Vol.18No.3
2003年9月JOU RN AL O F SOU TH WEST U N IV ERSIT Y OF SCIENCE A ND T ECHN OLO GY Sep.2003
意义的成果。与有限元法不同,边界元法通常只须在边界上进行离散化,因而具有数据处理工作量小、少占内存、解题时间省等优点。但在处理多介质问题、非物质问题、复杂的非线性问题以及分步开挖及施工过程等方面,不如有限元法方便有效。
1.3 离散元法
Cundall 于1971年提出用离散元法分析裂隙块状岩体的稳定性。假设节理裂隙所切割的岩体成为完全分割的块体镶嵌系统,块体为刚体,但其表面允许有变形(即嵌入),且嵌入量D n 与作用力F n 满足下列关系式:
F n =K n D n
式中K n )))法向刚度。由上式知,随着时间增加,块体间相互作用,空间位置不断变化,此系统如不能达到新的自稳状态则会发生块体散落,直至系统坍塌,由此可见,离散元可以模拟岩体从开裂直到塌落的全过程。
离散元法由最初的二维发展到现在的三维离散元。在三维离散元中,块体可以是变形体,块体之间的接触形式变成了面/面,面/边,面/顶点,边/边,边/顶点,顶点/顶点的关系,这样所考虑的模型更接近实际工程情况,其计算结果也就更能反映实际工程的环境。
1.4 断裂力学方法
断裂力学不再把介质看成均质的连续体,而是将其视为存在有许多缺陷和裂纹的复合结构体。这样介质强度分析将建立在对这些缺陷和裂纹的分析上,注重研究缺陷和裂纹周边上的应力集中现象,认为应力集中区往往成为结构体内的最危险区。运用断裂力学分析岩石的断裂强度可以比较实际地评价岩体的开裂和失稳。国际上对岩石断裂的研究已经获得一些进展,可用以分析工程中反映出的裂纹出现以及预测岩体结构的破裂与扩展。
当然,目前对断裂力学的研究还存在着某些局限性:如裂纹的几何形状一般多局限在宏观的椭圆形,而实际上在岩块的内部往往存在许多发丝般的微观裂纹;又如断裂力学尚难以处理密集型的微观裂纹等等。
1.5 损伤力学方法
损伤力学认为,材料总是存在分布性缺陷的,原始缺陷是连续分布的,做为宏观力学,这样考虑是合理的。也就是说损伤力学研究的仍然是连续介质,而断裂力学研究的则是有间断的介质。
研究损伤有两种处理方法:一种是细观处理方法,即根据材料的微观成分)基体、颗粒、空洞等的单独行为与相互作用来建立宏观的本构关系;第二种是宏观的处理方法,它虽然需要微观模型的启发,但是并不需要以微观机制来导出理论关系式,而是用宏观变量来描述微观变化。
损伤力学首先是从金属材料受拉构件的研究中发展起来的。Kaw amoto 等人又将其应用到节理岩体,建立了节理岩体的初始损伤张量,提出了损伤的扩展方程以及计算损伤场的有限元方法。将损伤力学应用到节理岩体的各向异性的优点在于:1可以得到成组节理的各向异性的力学关系;o借助于节理面构造的损伤张量描述,可将岩体的几何特性与力学特性联系起来,为岩体强度预测打下理论基础;?由岩体损伤预测岩体强度,无须进行大规模试验,只要知道节理特性和完整岩块的力学特性,即可预测岩体的强度,为解决岩体力学中的尺寸效应问题提供了可能。
2 有限元非线性分析的基本理论及在岩土工程中的应用
有限元法是通过变分原理(或加权余量法)和分区插值的离散化处理把基本支配方程转化为线性代数方程,把求解待解域内的连续场函数转化为求解有限个离散点(节点)处的场函数值。这种离散化的处理是一种近似,因而只有当单元划分得充分小时,才能保证满意的求解精度。有限元非线性分析的基本理论是建立在上述各类力学分析计算模型的基础之上,如弹塑性模型、边界51
第3期 苏华友:非线性数值分析在岩土工程中的应用
元模型、断裂力学模型、损伤力学模型等,其对应有相应的基本理论。
下面以快速拉格郎日差分分析(FLAC)为例,简要介始有限元非线性分析在岩土工程中的应用。
2.1 FLAC 的基本原理
FLAC 是快速拉格郎日差分分析(Fast Lagrangian Analysis of Continue)的简写。FLAC 是力学计算的数值方法之一,它应用于岩土力学中分析计算一般岩土体的应力和应变是始于美国ITASCA 咨询集团公司,它是一家从事咨询并开发土木及采矿工程应用程序的机构,其开发的三维FLAC 已经升级到2.0(即FLAC 3D 2.0)。FLAC 程序的基本原理和算法与离散元相似,但它却象有限元那样适用于多种材料模式与边界条件的非规则区域的连续问题求解。在求解过程中,FLAC 采用了离散元的动态松驰法,不需要求解大型刚度方程组。同时,同以往的差分分析方法相比,FLAC 不但可以对连续介质进行大变形分析,而且能模拟岩体沿某一软弱面产生的滑动变形。
2.2 计算模型
本计算模型以某大型露天矿的边坡为原形,在建立FLAC 三维计算模型时,坐标系选取如下:X 轴垂直指向坡面外,Z 轴指向坡面走向,Y 轴垂直向上。计算模型范围为:Z 轴方向宽(800m ,X 轴方向宽度为400m,Y 轴方向(模型最大高坡)为300m 。
根据矿区的地质结构、滑床及蠕滑体的物理力学特性,从上到下划分出3个岩性组,即低品位的石灰岩覆盖层、粘土夹层和石灰岩矿石层。
在FLAC 三维模型中,岩体变形的计算参数采用的是剪切模量G 和体积模量K ,而不是直接采用弹性模量E ,故在计算时首先用下式进行换算:
G =
E 2(1+L )和K =E 3(1-2L )
各计算参数的取值见表1。
表1 计算参数
材料号
G /M Pa K /M Pa L C /mPa U /b C /kN #m -31
11934169600.215 1.784725.32
2206700.3500.032122.5312000170000.220 1.804725.8在计算过程中,岩体的屈服准则采用莫尔)))库化准则,滑面处的天然软弱夹层粘土岩体按弹塑性体计算,其余材料按弹性体计算。在晴好天气状态下,模型采用岩土体蠕变形式,在有大雨天气状态下,模型采用地下水流动和蠕变叠加形式。
2.3 计算结果分析
在天然状态下,迭代到3000时步位移变化趋于平稳,以后随着迭代时步的增加而位移几乎没有变化。蠕滑体在最初阶段变形较大,约为1.5~3.0cm,
以后基本呈缓慢蠕滑状态。这一计算结果与对蠕滑体的地 图1 有水浸入时蠕滑体三维位移矢量图
质分析是一致的。因为在现在的开挖条件下,蠕滑体还只是
较弱的弱蠕滑体,且性状较好,而弱蠕滑体尚未形成连续完
整的统一滑移控制面,故蠕滑体在天然自重应力作用下很难
发生明显的更大的滑移变形,因而在天然情况下蠕滑体是稳
定的。
在下大雨天气状态下,迭代到5000时步位移变化趋于
稳定,这时蠕滑体的三维位移量如图1所示。从图中分析
知,有地表水浸入时,所有的变形主要限于蠕滑体中、下部区52西 南 科 技 大 学 学 报 2003
域,其中X方向(顺坡方向)最大位移达8.9cm。Y方向(竖直向上)位移总体表现为下沉,最大下沉区基本与X方向最大位移区一致,最大值为6.5cm,其它部位下沉为4.2cm左右。
因此,仅从蠕滑体的位移变形来看,在有雨的天气条件下,蠕滑体的变形位移较天然状态下的位移大很多,这也进一步说明水是边坡稳定性的重要影响因素。如能结合边坡位移变形的监测成果进行分析,就能更有效地将计算分析成果用于指导矿山的实际生产,预测预报边坡动态稳定性。
3位移反分析在高边坡稳定性分析中的应用
3.1位移反分析的基本原理
岩石的力学性态及原始应力状态等参数是数值方法能否成功应用的关键,试图从改进实验技术和采用新的实验手段解决有关岩土工程设计参数是很困难的,利用现场量测信息为数值分析提供实用的/计算参数0的所谓/反分析0就由此而产生,反分析方法发展至今不再是单纯确定/计算参数0,而且作为一种工程预测分析的一部分而有着良好的应用前景。参数反分析按照Gioda的划分可归为三类:1反演法,即直接按量测位移求解逆方程得到参数;o正演法,即首先给定参数的试探值,通过迭代运算和误差函数的优化技术求得参数的/最佳值0;?考虑先验信息及量测误差的贝叶斯(Beyes)方法或卡尔曼(Calman)滤波法。
3.2粘弹性位移反分析
大量工程实践表明,由人工开挖导致的围岩变形通常是随时间而发展的。因而,位移量测值是一组与时间有关的数据序列。这种时间相关性是由于开挖工作面的推进及岩体流变特性所致。粘弹性位移反分析可以有效地考虑位移随时间的发展,并可预测位移的发展,为工程提供预报,从而使反分析具有更广泛的实用价值。
考虑材料蠕变,任一时刻t的位移可假定为包括弹性和蠕变位移两部分,并可表示为
E(t)=E e+E v(t)
(1)
其中弹性应变E e=1
E0
C0R,粘弹性蠕变E0(t)=
1
E(t)
C0R(t
)
由(1
)式可知,相应的应力为:
R(t)=D({E(t)}-{E v(t)})=1
1+
E0
E(t)
[D]{E(t)}(2)式中[D]为弹性矩阵;[C0]=E0[D]-1,为由泊松比形成的矩阵。
对任一时刻t,有限元平衡方程为E Q v[B]T{R(t)}T d V-{P(t)}={o}
式中,求和是对所有单位,{R(t)}及{P(t)}均为时间t的函数。把(2)式代入上式可得到与时间有关的有限元基本方程
[K]*{V(t)}=1
E t{P(t)}(3)并有E t=E0E(t)/(E0+E(t))(4)
式中[K*]=1
E0
[K],为单位刚度矩阵,E t是与岩石弹性模量及粘性参数等有关的综合参数,E(t)为粘弹性模量。
式(3)即为粘弹性问题的有限元方程,由公式(3)可导出粘弹性反分析基本方程:
{U m(t)}=[A]R0(t)(5a)或{v U m(t)}=[A]{R0(t)}(5b)其中{R0(t)}=
1
E t
R x0R y0S x0y T(6)
53第3期苏华友:非线性数值分析在岩土工程中的应用
图2 洞室断面及测点布置
式中{U m (t)}或{v U m (t)}为各测量点量测的在时刻t 的位移或相
对位移矢量。
3.3 粘弹性位移反分析在地下工程中的应用
某地下洞室的埋深90m ,围岩容重为22.2kN/m 3,泊松比为
0.33,设置测点时间t 0=0.45d ,量测延续至140d ,断面及测点布置
如图2,计算结果列于表2。
位移反分析的重要应用价值不仅在于提供实用的计算参数,而是
利用反分析所得参数对随后的施工或设计效果提供科学的预测。这种
预测包括:
1由小规模的实验性工程取得信息,用于即将实施的实际工作进
行预测或用于设计。
o对于正在施工中的工程,通过已经得到的现场位移量测数据,
对施工效果及后期的围岩支护动态进行预测。
表2 某地下洞室粘弹性位移反分析计算结果
参数及单位
参数估值范围无支护的粘弹性反分析有支护的粘弹性反分析2x 0/(L P a )
-1.40003-1.40003T x 0y /(L P a )
0.000040.00004E 1/(L P a )
3@104~5@10443707.52047111.192L 1/(P a #S )4.7@104~6.5@1045.4897@10155.2236@1015参
考文献1 朱维申,李术才,陈卫忠.节理岩体破坏机理和锚固效应及工程应用[M ].北京:科学出版社,2002
2 孙广忠.岩体结构力学[M ].北京:科学出版社,1988
3 孙玉科,牟会宠,姚宝魁.边坡岩体稳定性分析[M ].北京:科学出版社,1988
4 孙钓.岩土材料流变及其工程应用[M ].北京:中国建筑工业出版社,1999
Application of Nonlinear Numerical Method on Geotechnical Engineering
Su Huayou
(Southw est U niversity of Science and T echnology,Mianyang 621010,Sichuan,China)
Abstract:There are a lot of structural weaknesses (joint,crack and distortion)in natural rock and soil.In theo -retical study of engineering desig n to this natural m aterial,it is necessary to apply nonlinear numerical method.T his paper introduces several main nonlinear numerical methods,and focuses on discussing the application of the finite element nonlinear method and the displacement anti-analytic method on slope and underg round engineer -ing.
Key words:nonlinear numerical m ethod;displacement anti-analytic method;geotechnical engineering 54西 南 科 技 大 学 学 报 2003
岩土工程技术创新方法与实践刘春燕 发表时间：2020-03-07T14:50:14.907Z 来源：《防护工程》2019年20期作者：刘春燕[导读] 岩土施工是一项复杂的系统工程，其涉及到工程地质学与建筑学等多门学科，而且还对施工单位的施工技术水平提出了较高的要求。 山东建峰工程项目管理有限公司山东烟台 264000摘要：岩土施工是一项复杂的系统工程，其涉及到工程地质学与建筑学等多门学科，而且还对施工单位的施工技术水平提出了较高的要求。而我国岩土工程技术研究起步较晚，相关的理论研究与实践经验均较发达国家有较大差距，这严重阻碍了资源开发利用的效率。尤其是作为矿区的基础和支护工程，更是对后续矿区建设有着直接的影响。可见，针对目前业界在岩土工程技术方面的薄弱环节，提出行之 有效的创新改善方法就十分重要了。基于此，文章即是结合实际工程经验，探寻岩土工程技术发展的创新方法和实践方式，希望能给予我国岩土工程技术发展贡献一份力量。 关键词：岩土工程；技术创新；施工技术；地基技术 1岩土工程的特征 1.1岩石的裂隙性 由于我国的矿产资源分布较为广泛，也使得岩土工程必须适应在各种地质条件下的力学性能。而岩层结构本身就多种多样形态不一，其内部均会出现宽窄不一的裂缝。部分裂纹只存在于表面，不对整体施工质量造成影响。但也有部分裂纹问题在岩土工程落实后，受到自重应力和工程结构施加的应力，使裂缝逐渐变宽向四周蔓延。这样一来，就可能导致岩土工程质量大打折扣，滋生各种的安全事故。而且沉积岩在沉积成岩过程中也有着层理差异，部分结构的收缩不均匀。 1.2土体的孔隙性 土体的内部实际上属于散体结构，而岩土工程周边土体的饱和度不同，也会令其呈现出固液气三种形态。如此一来，土体内部的含水量以及孔隙分布情况，就对施工技术的落实有着更加苛刻的要求。因此，在立项设计阶段应该加强对现场的勘查，从而给施工方案的优化提供可靠的依据。此外，土体孔隙内还能够吸附大量空气，从而对基质产生一个吸力。在具体项目的施工中，就需要技术人员及时处理好这些问题，避免在建成投产后出现突发情况。 2岩土工程技术的创新应用 2.1岩土工程勘探技术 勘测单位作为建筑五大主要单位之一，其主要依赖的就是岩土工程的勘测技术，而具体在岩土工程的勘探中，所需要运用三种核心技术有：物探技术、钻探技术和坑探技术。结合工程实际经验来讲，岩土工程的这三种技术各具特点，其技术的创新应用也各不相同。 2.1.1物探技术的创新应用 对于物探技术的创新，是依赖于电磁理论和电学理论相互结合式的发展创新，其最基本的技术应用原理为：在实际工程勘测中，相关工作人员使用中浅层地震折射波法或者其它多通道瞬态面波法技术等来实现对地质的勘测。对比传统的岩土工程勘探技术来讲，崭新的电磁勘探技应用能够更为优秀的完成勘测工作，并将勘测精度提升一个档次。 2.1.2钻探和坑探的创新技术应用 和物探技术创新应用不同的是，钻探与坑探技术的应用更为直接，也因此能更直观的了解项目所在地的实际地质情况。对于钻探和坑探技术，其在项目中的应用应该更为重视环境因素的影响，并根据经济情况选择最为合理有效的勘测技术，要求达到最佳的预期效果。 2.2岩土工程测试、绘图、分析技术 在工程项目的实地勘探工作完成后，岩土工程专业人员需要负责的下一项任务为项目的测试、绘图和分析等工作。这些工作中所可能应用到岩土工程技术主要有以下几点： 2.2.1原位测试技术 原位测试技术包含有静力触探与动力触探两种应用方法。首先，该技术主要是针对于工程施工区域的地质特点而开展的，是依据项目工程实地的地质情况来实现岩土工程的技术的应用。就目前我国现阶段的原位测试技术来说，普遍运用的是静力触探技术。可经多次实际工程检验来看，项目施工中静力触探技术存在有探测分辨率较低、与国际工程标准接轨困难等严重的缺陷，因此其应用前景并不被业界专业人士所看好，就目前岩土工程技术发展情况来看，静力触探技术开始逐渐为动力触探技术所取代。 而对于岩土工程技术创新中动力触探的应用，其主要应用是在探头进入岩土内0.1m到0.3m阶段，对于所需要的锤击数据实施记录，从而来确定所探测地点的地质物理学性质指标。动力触探技术包含有地质勘测和测试两方面工作的特点。 2.2.2工程测试中的实验室压缩技术 接上文所谈及的岩土工程测试技术，在这类技术的创新中，室内压缩试验的实施是岩土工程测试试验的关键组成部分。该试验的试验原理为压缩实验品的，并由此来判断项目所在区域的土质受压缩性质。这种测试方法所得到的试验数据得准确得到试验地区的压缩模量和压缩系数等土质变形参数，从而给项目工程设计和开展提供必要的数据支持。 2.2.3GPS定位技术在工程绘图中的应用 在拥有必要的检测和试验数据，在岩土工程的绘图工作中，图纸的定位与整体绘制参考向来为岩土工程技术中的难点技术。本文所介绍的绘制方法为在绘图技术创新中应用GPS技术来实现工程绘图的准确定位，进而去提高岩土工程图纸的绘制精度。这里需要特别提及的是在项目地点地形复杂多变的时候（如山丘、洼地等地形），岩土工程的实践工作中，GPS测量可以更好的发挥其技术特点实现辅助绘图的工作。并不难解释的是，伴随着GPS技术的发展，其精度和可应用性都得到了飞跃式的发展，这使得这一技术可以更好更高效的应用于岩土工程的实际测绘工作，即明显的提高了岩土工程图绘制的精准度和科学性，又规避了绘制过程中任务因素的影响，其可以说是岩土工程技术与目前先进科学技术结合的典范。
非线性方程数值解法及其应用 摘要:数值计算方法主要研究如何运用计算机去获得数学问题的数值解的理论和算法。 本文主要介绍非线性方程的数值解法以及它在各个领域的应用。是直接从方程出发，逐步缩小根的存在区间，或逐步将根的近似值精确化，直到满足问题对精度的要求。我将从二分法、Steffensen 加速收敛法、Newton 迭代法、弦截法来分析非线性方程的解法及应用。 关键字：非线性方程;二分法；Steffensen 加速收敛法；代数Newton 法；弦截法 一、前言 随着科技技术的飞速发展，科学计算越来越显示出其重要性。科学计算的应用之广已遍及各行各业，例如气象资料的分析图像，飞机、汽车及轮船的外形设计，高科技研究等都离不开科学计算。因此经常需要求非线性方程 f(x) = O 的根。方程f(x) = O 的根叫做函数f(x)的零点。由连续函数的特性知：若f(x)在闭区间[a ，b]上连续，且f(a)·f(b) 岩土工程技术专业人才培养方案 1、〖专业名称〗 岩土工程技术 2、〖入学要求〗 普通高中毕业生 3、〖学习年限〗 三年 4、〖培养目标〗 本专业培养德、智、体、美全面发展的具有良好职业道德和职业能力，在岩土工程施工、岩土工程勘察的生产、管理第一线工作，能对设计、规划、决策等任务进行正确和创造性实施的高等技能型专门人才。 5、〖职业范围〗 6、〖人才规格〗 ⑴基本素质 具有从事本专业工作的安全生产、环境保护等意识； 具有良好的思想品德、心理素质及健康的体魄； 具有扎实的数理化、计算机、外语基础； 具有按项目要求收集相关资料的能力； 具有团队合作、协调人际关系的能力； 具有一定的创新能力； ⑵专业技能和知识 1、具有绘制和识读建筑工程施工图的基本知识、基本理论和基本技能；具有电工的基本知识、基本理论和基本技能；能进行施工现场配电线路的设计、安装；电机的安装、调试；施工现场强电故障的维修；具有运用工程力学基本原理 和计算方法对岩土工程机械工程中的外力、强度、刚度、稳定性，钢筋混凝土预制件及加工件等进行计算、初步设计能力；运用土力学基本原理和基本方法对简单土体进行应力、应变分析和强度、稳定性计算的基本能力。 2、具有对常见土体成分、结构构造和工程地质特征认识的初步能力；具有工程勘察施工技术的基本知识、基本理论和基本技能；具有使用经纬仪、水准仪进行放线、抄平的基本能力和观测位移、沉降的初步能力。 3、掌握岩土工程施工设备、工具、仪表的基本原理，并能熟练的进行操作，调试，维护和维修，要求达到中级工操作水平；掌握岩土工程施工和工程勘察施工的基本知识，能够进行施工方案的设计、施工的组织和有效的实施；掌握了解地基基础设计的基础知识；具有独立处理岩土工程施工现场生产中的技术问题和事故的能力。 4、具有对工程施工进行人、财、物的组织、计划、安排和实施的知识和能力；具有工程施工生产管理、质量管理、安全管理的知识和能力。具有编制项目施工合同，进行项目预算和合同谈判的能力。 7、〖课程结构〗 8、〖专业特色〗 毕业生主要面向工业与民用建筑、水利水电、道路、桥梁等岩土工程勘察、岩土工程施工行业。可从事岩土工程施工和岩土工程勘察生产企业第一线的高等技能型人才。 岩土工程数值计算原理与方法 随着计算机的计算速度和存储能力的飞速发展以及计算方法的日益完善，数值模拟方法已经成为研究未知领域的强有力的工具。在岩土工程计算与分析中数值计算原理与方法也发展很快。特别是有限元的发展，促进了岩土工程研究、工程预测、优化设计和计算机辅助设计等的发展。但在工程实际中使用数值计算原理与方法却存在一些问题：例如有些人因缺乏对有限元和工程性质的深入了解，而有限元的迅速发展给他们造成一种假象，认为它是万能的，可以处理几乎所有的岩土工程问题；同时他们又被有限元计算结果的精度所迷惑，不了解这些精确结果后面所隐藏的不确定性，也不了解这些数值方法所采用本构模型的局限性以及相应参数的不确定性；因这些不确定性导致数值计算原理与方法的预测结果与实际情况和实际经验相差很大，又由于部分人计算偏于保守，使得岩土工程师难以接受现代数值计算原理与方法。 1. 岩土工程数值计算原理与方法也具有两面性。 有些人偏向于用其进行岩土工程的分析计算的原因在于： (1)数值计算原理与方法能够做任何传统的分析方法所能做到的分析与计算，而且做得更多、更好。 (2)数值计算原理与方法能够给出复杂数学模型的解。因而能够从机理上预测工程性质，而不是统计和经验性的描述，这是一大优点；而简化或经验分析方法有时只能描述其表面或形式上(统计)的关系，缺乏物理机制的描述和探讨。 (3)该方法既能处理简单问题，也能处理复杂问题。 数值计算原理与方法难以被其他人接受的原因在于： (1)使用复杂，难以被很好的掌握。 (2)数值计算原理与方法本身的不确定性(指与精确的解析方法相比所产生的不确定性，特别是在岩土动力非线性问题中这种不确定性会很大)导致预测结果与工程实际不符。 (3)数值计算原理与方法所使用的物理模型或本构模型有局限性，难以反映实际情况，导致预测结果与工程实际不符。 (4)采用复杂模型要求较多的参数，而这些参数难以用简单试验获得。 (5)既然数值计算原理与方法和传统的分析方法都具有很大的不确定性，还不如采用传统的分析方法，因为传统的方法简单、实用。 (6)精确的数值分析结果会误导使用者迷信这些结果的精确性，而没有认识到其后面隐 第三部分 攻读硕士学位 研究生培养方案 应用数学 (070104) （一级学科：数学） 一、学科专业简介 应用数学学科是以数学各个分支的应用基础理论为研究主体，是数学科学的重要组成部分，其研究有广泛的实际背景，其理论和方法在电子通讯、信息科学、计算机科学、管理科学、自动控制和神经网络等领域有直接和重要的应用。本学科不仅与这些学科相互渗透与支持，而且，随着科学技术的发展，日益显示出本学科在其他学科领域中占有不可取代的地位。目前，我校本学科的研究围涉及优化理论与应用、现代控制理论、计算几何等领域。本学科现有教师15人，其中教授3人，副教授4人，讲师3人。目前承担了2项国家自然科学基金项目，3项省级科研项目及多项地厅级科研项目。获得过省部自然科学奖3项，出版著作教材3部。在国外重要刊物上发表了学术研究论文近200篇，其中SCI、EI收录40余篇。具有符合本学科专业硕士研究生培养要求的师资队伍。 二、培养目标 培养德、智、体、美全面发展，掌握应用数学领域的基础理论、系统的专门知识和应用能力，熟悉所选定研究方向的有关理论应用的现状及新的发展趋势。较熟练地掌握一门外国语，能较熟练地阅读本专业的外文资料和撰写论文提要。具有创新能力、分析和解决问题的能力、以及合作共事、语言表达和写作能力。具备独立从事科学研究、大学教学和独立担负应用数学有关领域工作的能力，严谨治学，实事。具有诚挚的合作精神和良好的职业道德。坚持体育锻炼，具有健康的体魄。 三、研究方向 1、优化理论与应用 2、现代控制理论 3、计算几何 四、培养方式和学习年限 全日制硕士研究生学习年限一般为三年；在职硕士研究生学习年限一般为三年半至四年；提前完成硕士学业者，可提前半年毕业；若因客观原因不能按时完成学业者，可申请适当延长学习年限，延长时间不得超过半年。 五、课程设置及学分要求 硕士生学习总学分要求不低于37学分，其中课程总学分不低于33个学分，必修环节不低于4学分。课程学分要求中，学位课不低于20学分，非学位课不低于13学分。学位课可替代非学位课，但非学位课不可替代学位课。对于跨学科专业或同等学力录取的硕士生须补修相应专业本科核心课程至少3门，但不计学分。研究生学习与研究课题有关的专业知识，可由导师指定容系统地自学某些课程，并列入个人培养计划，但不计学分。应用数学专业课程设置见附表。 六、其它要求 文献阅读要求：阅读国外参考文献不少于50篇（其中国外不少于10篇），写出综述报告，交导师审阅。 论文选题：论文选题应具有先进性和合理性，并具有一定的工作量。要能体现学生综合运用理论、方法和技术,研究科学和工程技术问题的能力。开题报告应包括研究容和目标、相关工作综述、研究计划和时间安排及成果验收标准，并在入学后第三学期末提交开题报告，一般为0.5~1.0万字，由包括导师在的硕士点专家组评议，给出评定意见。选题经导师和学科组审核通过后，方可进行论文工作。 发表学术论文及参加学术活动要求：硕士生在论文答辩前，至少应公开发表一篇与研究方向有关的学术论文；作学术报告8次，否则不能参加论文答辩，详见《理工大学研究生参加学术活动及发表学术论文的规定》。 学位论文要求：硕士研究生应在导师指导下独立完成学位论文，要求学位论文必须通过预审，论文学术观点明确，有本人新见解，论据充分，数据正确，有一定的学术水平。要求文句简练、通顺、图表清晰、数据可靠、撰写规、严格准确地表达研究成果，实事地表述结论。论文公式、图表、单位表示、参考文献等符合规。字数不少于4万字。 数值分析讲义 第三章线性方程组的解法 §3.0 引言 §3.1 雅可比(Jacobi)迭代法 §3.2 高斯-塞德尔(Gauss-Seidel)迭代法 §3.3 超松驰迭代法§3.7 三角分解法 §3.4 迭代法的收敛性§3.8 追赶法 §3.5 高斯消去法§3.9 其它应用 §3.6 高斯主元素消去法§3.10 误差分析 §3 作业讲评3 §3.11 总结 §3.0 引言 重要性：解线性代数方程组的有效方法在计算数学和科学计算中具有特殊的地位和作用.如弹性力学、电路分析、热传导和振动、以及社会科学及定量分析商业经济中的各种问题. 分类：线性方程组的解法可分为直接法和迭代法两种方法. (a) 直接法：对于给定的方程组，在没有舍入误差的假设下，能在预定的运算次数内求得精确解.最基本的直接法是Gauss消去法，重要的直接法全都受到Gauss消去法的启发.计算代价高. (b) 迭代法：基于一定的递推格式，产生逼近方程组精确解的近似序列.收敛性是其为迭代法的前提，此外，存在收敛速度与误差估计问题.简单实用,诱人. §3.1 雅可比Jacobi 迭代法 (AX =b ) 1 基本思想: 与解f (x )=0 的不动点迭代相类似,将AX =b 改写为X =BX +f 的形式,建立雅可比方法的迭代格式：X k +1=BX (k )+f ,其中，B 称为迭代矩阵.其计算精度可控,特别适用于求解系数为大型稀疏矩阵(sparse matrices)的方程组. 2 问题: (a) 如何建立迭代格式？ (b) 向量序列{X k }是否收敛以及收敛条件? 3 例题分析: 考虑解方程组??? ??=+--=-+-=--2.453.82102 .72103 21321321x x x x x x x x x (1) 其准确解为X *={1, 1.2, 1.3}. 建立与式(1)相等价的形式： ??? ??++=++=++=84.02.01.083.02.01.072 .02.01.02 13312321x x x x x x x x x (2) 据此建立迭代公式： ?????++=++=++=+++84 .02.01.083.02.01.072.02.01.0)(2)(1)1(3 )(3 )(1)1(23)(2)1(1k k k k k k k k k x x x x x x x x x (3) 取迭代初值0) 0(3 )0(2)0(1===x x x ,迭代结果如下表. JocabiMethodP31.cpp 第六章非线性方程的数值解法习题解答 填空题： 1. 求方程()x f x =根的牛顿迭代格式是__________________。 Ans:1()1()n n n n n x f x x x f x +-=- '- 2.求解方程 在(1, 2)内根的下列迭代法中， (1) (2) (3) (4) 收敛的迭代法是（A ）. A ．(1)和(2) B. (2)和(3) C. (3)和(4) D. (4)和(1) 3.若0)()(，故迭代发散。 以上三中以第二种迭代格式较好。 2、设方程()0f x =有根，且'0()m f x M <≤≤。试证明由迭代格式1()k k k x x f x λ+=- (0,1,2,)k =L 产生的迭代序列{}0k k x ∞ =对任意的初值0(,)x ∈-∞+∞，当2 0M λ<< 时，均收敛于方程的根。 岩土工程技术创新方法探讨 摘要：本文在对岩土工程及其技术特点分析基础上，结合岩土工程技术现状， 对其创新方法与有关实践应用进行研究，以供参考。 关键词：岩土工程；技术创新；方法；探讨 在社会经济与各行业建设快速发展的影响下，随着土木工程领域技术和人才 的不断更新，人们对岩土工程及其相关技术的发展与研究关注越来越多，在推动 岩土工程及其技术创新发展方面起到了非常积极的作用和意义。下文将结合岩土 工程及其技术研究与发展现状，在对岩土工程的技术特点分析基础上，结合其技 术现状，对其创新方法与实践应用进行研究，以供参考。 1、岩土工程及其技术特点分析 岩土工程涉及了基础工程以及地质工程、岩体力学等多学科理论知识，它是 一门综合性的土木工程建筑学科。岩土工程本身还具有较强的实践性与操作性， 它在具体操作实践中，通过对各种勘探手段的运用以进行岩土整治与改造，并且 在不同地区与不同环境下的岩土工程，其具体施工操作都存在着相应的差别，需 要结合施工地区的地质条件与自然环境特点，在确保施工对岩体及土体不会造成 较大破坏的情况下，来保障岩体与土体在工程施工中的最佳价值与作用发挥，从 而确保工程施工与完成后的稳定性良好并且可靠。需要注意的是，岩土工程在我 国的发展起步虽然比较晚，但是在建筑事业的快速发展影响下，岩土工程作为建 筑工程的基础工程，其工程技术也得到了较为迅速的发展和提升。结合岩土工程 施工开展的实际情况，其工程技术的特点主要表现在以下几个方面。首先，岩土 工程的施工技术具有较强的隐蔽性特点。由于岩土工程施工技术主要应用在地下 结构部分，像地下墙、地下坑道以及桩基等基础施工部分，而这些基础施工的开 展一般需要在地下进行，因此，使得岩土工程与其他工程相比，其工程技术具有 一定的隐蔽性特点。其次，岩土工程的施工技术还具有复杂性和严谨性特征。其中，岩土工程技术的复杂性表现在岩土工程的地层结构中存在较多的不可预测因素，并且由于岩土工程施工工序较为复杂，施工中各项专业技术要求也比较高， 施工现场受各种环境因素影响较为明显等，对同一桩基的不同土层条件下所应用 施工技术的工艺环节与具体流程都存在一定差别，因此，决定了岩土工程技术本 身具有复杂性特点。此外，岩土工程技术的严谨性则表现在岩土工程施工所需要 处理的问题情况较为复杂决定了其施工开展中必须通过更加严谨与科学的管理和 控制才能够确保其各项工序及质量要求符合标准，再加上岩土工程的施工质量对 整个工程质量和施工效果都存在直接的影响，因此，更需要加强对岩土工程各工 艺技术及流程环节的控制，以在确保岩土工程的技术质量基础上，对整个工程质 量和效益进行保障，因此，岩土工程具有一定的严谨性特征。 2、岩土工程的技术现状分析 岩土工程作为建筑工程的基础工程部分，其在建筑事业的快速发展推动下也 取得了较好的发展和提升，岩土工程技术创新与发展水平明显提高，在岩土工程 施工质量保障等方面的作用非常明显。但是，结合岩土工程施工及其技术应用现状，其技术应用中也存在着如下几点问题。 首先，岩土工程勘查施工中所有应用的技术手段，其整体水平仍然比较落后。岩土工程前期勘查施工一般会采用分条块方式进行，这种勘查方式不仅便于工作 开展，且工作效率较高，但容易造成勘查与设计相互脱节问题发生，导致后期数 据整理的难度较大，对整体工作效率影响较大，甚至会出现勘查数据与样本不符 岩土工程数值分析读书笔记 摘要：阅读笔记分为两部分：理论学习和plaxis模拟相关问题。 理论部分 0岩土工程数值分析简介 岩土工程问题解析分析是以弹塑性力学理论和结构力学作为理论依据，适用于解决连续介质、各向同性材料、未知量少、边界条件简单的工程问题，存在很大的局限性。 岩土工程问题数值分析是借助于计算机的计算能力，适用于解决材料复杂、边界条件复杂、任意荷载、任意几何形状，适用范围广。 岩土工程数值分析发展过程： 20世纪40年代，使用差分法解决了土工中的渗流及固结问题，如土坝渗流及浸润线的求法、土坝及地基的固结等。 20世纪60年代，使用有限元法成解决了土石坝的静力问题的求解。 20世纪70年代，使用有限元法解决了土石坝及高楼(包括地基)的抗震分析。 20世纪80年代，边界元法异军突起，解决了半无限域的边界问题；地基的静力及动力问题都使用边界元法得到了有效地解决。 岩土工程数值分析的方法有两类，一类方法是将土视为连续介质，随后又将其离散化，如有限单元法、有限差分法、边界单元法、有限元线法、无单元法以及各种方法的耦合。另一类计算方法是考虑岩土材料本身的不连续性，如裂缝及不同材料间界面的界面模型和界面单元的使用，离散元法，不连续变形分析，流形元法，颗粒流等数值计算方法。 1数值分析过程中存在的问题及解决措施 问题：(1)对岩土工程数值分析方法缺乏系统的知识和深入的理解，出现问题时不知道在什么情况下属于理论问题或数学模型问题；在什么情况下是属于计算方法问题或本构模型问题；在什么情况下是参数的确定问题或计算本身的问题等。 (2)各种本构模型固有的局限性。具有多相性土的物理力学性质太复杂，难以准确地用数学模型和本构模型描述。例如邓肯一张模型不能反映剪胀性，不能反映压缩与剪切的交叉影响； (3)现有的试验手段和设备不能提供适当、合理和精确的参数。靠少数样本点所获得的参数难以准确地描述整个空间场地的物理力学性能；土的参数因土样扰动难以高质量的获取，其精度很差。 (4)数学模型还会给人造成一种错觉，让人觉得其计算结果也一定会更好、更可靠。这样可能使人们忽略了精确的数学公式也照样会有出错的可能性。只有当输入参数的质量和精度很高，并能与数学模型的精度相匹配时，才有可能得到较为准确的计算结果。 措施：(1)加强对土的本构模型的教学与培训，了解和掌握各种土的本构模型的优点和局限性以及模型参数的离散性。 (2)在使用数值分析方法的同时，不断地积累使用经验，包括他人的经验。 岩土工程技术专业培养要求 1、具有正确认识社会、判别是非的基本能力；具有良好的职业道德和适应第一线工作环境的基本能力；具有较好的团结协作、处理公共关系的能力。 2、具有较强的自学能力和收集、分析、组织意见与信息的基本能力；具有基本的心理适应身体锻炼能力。 3、具有通用工程计算能力和使用计算机能力；具有一定的外语能力和文字和语言表达能力。 4、具有绘制和识读建筑工程施工图的基本知识、基本理论和基本技能；具有电工的基本知识、基本理论和基本技能；能进行施工现场配电线路的设计、安装；电机的安装、调试；施工现场强电故障的维修；具有运用工程力学基本原理和计算方法对岩土工程机械工程中的外力、强度、刚度、稳定性，钢筋混凝土预制件及加工件等进行计算、初步设计能力；运用土力学基本原理和基本方法对简单土体进行应力、应变分析和强度、稳定性计算的基本能力。 5、具有对常见土体成分、结构构造和工程地质特征认识的初步能力；具有工程勘察施工技术的基本知识、基本理论和基本技能；具有使用经纬仪、水准仪进行放线、抄平的基本能力和观测位移、沉降的初步能力。 6、掌握岩土工程施工设备、工具、仪表的基本原理，并能熟练的进行操 作，调试，维护和维修，要求达到中级工操作水平；掌握岩土工程施工和工程勘察施工的基本知识，能够进行施工方案的设计、施工的组织和有效的实施；掌握了解地基基础设计的基础知识；具有独立处理岩土工程施工现场生产中的技术问题和事故的能力。 7、具有对工程施工进行人、财、物的组织、计划、安排和实施的知识和能力；具有工程施工生产管理、质量管理、安全管理的知识和能力。具有编制项目施工合同，进行项目预算和合同谈判的能力。 实验报告 一、实验目的 1．迭代函数对收敛性的影响。 2．初值的选择对收敛性的影响。 二、实验题目 1．用简单迭代法求方程01)(3=--=x x x f 的根。 分别化方程为如下等价方程： 31+=x x ；13 -=x x ；x x 11+=；213-+=x x x 取初值5.10=x ，精度为4 10-，最大迭代次数为500，观察其计算结果并加以分析。 2．①用牛顿法求方程01)(3=-+=x x x f 在0.5附近的根， 分别取初值1000,100,2,1,5.0,5.0,1,2,100,10000-----=x 观察并比较计算结果，并加以分析。 ②用牛顿法求方程0)(3=-=x x x f 所有根。 三、实验原理 简单迭代法程序，牛顿迭代法程序。 四、实验内容及结果 五、实验结果分析 (1)实验1中用简单迭代法求方程01)(3=--=x x x f 的根： 取初始值5.10=x 的时候，等价方程2和4是不收敛的。等价方程1的迭代次数为6，近似值为1.324719474534364。等价方程3的迭代次数为7，近似值为1.324718688942791。说明不同的等价方程得到的结果以及迭代的次数是不一样的。 (2)实验2中用牛顿迭代法求方程01)(3=-+=x x x f 在0.5附近的根： 通过结果可知，当初始值越接近真实值时，迭代的次数就越少。 (3)实验3中用牛顿法求方程0)(3=-=x x x f 所有根： 可知该方程的根为01=x ，12=x ，13-=x ，由于方程是无重根的，所以可以直接用牛顿迭代法做，而不需要使用牛顿迭代加速法做。 一 实验目的 1．掌握求解线性方程组的高斯消元法及列主元素法； 2. 掌握求解线性方程组的克劳特法； 3. 掌握求解线性方程组的平方根法。 二 实验内容 1．用高斯消元法求解方程组（精度要求为610-=ε）： 1231231 233272212240x x x x x x x x x -+=??-+-=-??-+=? 2．用克劳特法求解上述方程组（精度要求为610-=ε）。 3. 用平方根法求解上述方程组（精度要求为610-=ε）。 4. 用列主元素法求解方程组（精度要求为610-=ε）： 1231231 233432222325x x x x x x x x x -+=??-+-=??--=-? 三 实验步骤（算法）与结果 1. 程序代码（Python3.6）： import numpy as np def Gauss(A,b): n=len(b) for i in range(n-1): if A[i,i]!=0: for j in range(i+1,n): m=-A[j,i]/A[i,i] A[j,i:n]=A[j,i:n]+m*A[i,i:n] b[j]=b[j]+m*b[i] for k in range(n-1,-1,-1): b[k]=(b[k]-sum(A[k,(k+1):n]*b[(k+1):n]))/A[k,k] print(b) 运行函数： >>> A=np.array([[3,-1,2],[-1,2,-2],[2,-2,4]],dtype=np.float) >>> b=np.array([7,-1,0],dtype=np.float) >>> x=Gauss(A,b) 输出： 结果：解得原方程的解为x1=3.5,x2=-1,x3=-2.25 2 程序代码（Python3.6）： import numpy as np A=np.array([[3,-1,2],[-1,2,-2],[2,-2,4]],dtype=float) L=np.array([[1,0,0],[0,1,0],[0,0,1]],dtype=float) U=np.array([[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0]],dtype=float) b=np.array([7,-1,0],dtype=float) y=np.array([0,0,0],dtype=float) x=np.array([0,0,0],dtype=float) def LU(A): n=len(A[0]) i=0 while i scanf("%lf",&X0); printf("请输入精度：\n"); scanf("%lf",&tol); printf("请输入最大循环次数\n"); scanf("%d",&n); X1=X0-f(X0)/ft(X0); while(fabs(X1-X0)>=tol)/*在没有达到精度要求情况下就循环*/ { X0=X1; X1=X0-f(X0)/ft(X0); count++;/*循环次数计数*/ /*如果循环次数到用户输入的最大循环次数就退出，可以适当修改*/ if(count==n) { break; } } printf("方程的根为:%f\n",X1); getch(); } /************************* 函数功能：用于求f(x)的值 **************************/ double f(double x) { double y; y=x*x*x+2*x*x+10*x-20; return y; } /************************* 函数功能：用于求f(x)的导数值 **************************/ doubleft(double x) { double y; y=3*x*x+4*x+10; return y; } 四、例题 用Newton 迭代法求下面方程的一个正根,计算结果精确到7位小数. 02010223=-++x x x []得取初值,2,020∈=x 题目：关于岩土工程的数值计算方法的综述学院：资源与土木工程学院 专业：岩土工程 学号： 姓名： 关于岩土工程的数值计算方法的综述 我通过学习和查阅相关资料文献了解到，近年来，数值计算模拟分析在岩土工程中越来越受欢迎，随着城市的建设，地下工程所处的环境越来越复杂，影响的因素也是越来越多，所以依靠传统的解析计算难以实现，计算机的数值模拟恰恰解决的了岩土的计算的问题，它可以模拟各种复杂情况下岩土问题。就岩土工程而言，由于岩土介质涉及本构关系、力学参数、自身构造以及边界条件等的复杂多变性，在未采用计算机数值方法以前，对于复杂、重要的岩土工程，如果用传统的弹性力学或弹塑性力学的解析法难以求解时，只好采用物理模拟或其他方法从宏观上把握工程的受力和变形特征。随着计算机数值分析方法的出现和发展，情况发生了巨大的变化。计算机数值方法已经能够较好的模拟非均匀质体、各向异性介质面临的复杂边界条件问题，也能处理岩土工程中不连续性界面、渗流问题、岩土损伤断裂问题以及复杂的岩土工程结构分析问题，对于涉及时间因素的动力问题、蠕变问题，特别是耦合问题，数值模拟计算方法极大的加强了解决岩土工程的能力。 数值计算方法其主要有有限单元法、有限差分法、边界元法、离散元法和流形元法等。 有限单元法：有限单元法发展非常迅速，至今已经成为求解复杂工程问题的有力工具，并在岩土工程领域广泛的采用，主要的分析软件ANSYS。 有限单元法的最基本的元素是单元和节点，基本计算步骤的第一步为离散化，问题域的连续体被离散为单元与节点的组合，连续体内部分的应力及位移通过节点传递，每个单元可以具有不同的物理特征，这样，便可以得到在物理意义上与原来的连续体相近似的模型。第二步为单元分析，一般以位移法为基本方法，建立单元的刚度矩阵。第三步由单元的刚度矩阵集合成总体刚度矩阵，并由此建立系统的整体方程组。第四步进入计算模型的边界条件，求解方程组，求得节点位移。第五步求出各单元的应变、应力及主应力。 有限差分法：有限差分法在岩土工程中是应用非常广泛的方法，在数值计算模拟上有很大的贡献，主要的应用软件为FLAC3D。 基本思想是把连续的定解区域用有限个离散点构成的网格来代替，这些离散点称作网格的节点；把连续定解区域上的连续变量的函数用在网格上定义的离散变量函数来近似；把原方程和定解条件中的微商用差商来近似，积分用积分和来近似，于是原微分方 岩土工程施工技术(考查) 2010年春季 1、 答： 清孔方法有一下几种： 1、抽浆法 抽浆清孔比较彻底，适用于各种钻孔方法的摩擦桩、支承桩和嵌岩桩，但孔壁易坍塌的钻孔使用抽浆法清孔时，操作要注意，防止坍孔。 2、换浆法 采用泥浆泵，通过钻杆以中速向孔底压入相对密度1.15左右，含砂率＜4％的泥浆，把孔内悬浮钻碴多的泥浆替换出来。 3、掏碴法主要针对冲或冲抓法所成的桩孔，采用抽渣筒进行抽渣清孔。 4、用砂浆置换钻碴清孔法先用抽渣简尽量清除大颗粒钻渣，然后以活底箱在孔底灌注o．6m厚的特殊砂浆．其相对密度较小，能浮在拌合混凝土之上。 2. 答：沉管灌注桩(d≤480mm)适用于黏性土、粉土、淤泥、淤泥质土、松散至中密的砂土及人工填土等地层；当在厚度较大、含水量和灵敏度高的软土(淤泥、淤泥质土)、松散土中采用时，必须制定防止缩颈、断桩、充盈系数过大等质量保证措施，并经工艺试验成功后方可实施；在高流塑、厚度大的淤泥层中不宜采用d≤340mm的沉管灌注桩；当地基中存在承压水时，沉管灌注桩应慎用。与锤击沉管灌注桩相比，振动沉管灌注桩贯穿砂土层的能力较强，还适用于稍密实的砂土、碎石层。大直径沉管灌注桩的贯入能力强，可以把桩管打入强风化岩层或坚硬的土层。 3. 答：在一般情况下锚杆杆体与灌浆管同时插入钻孔底部，尤其对于土层锚杆，要求钻孔完后立即插入杆体。插入时将锚杆有支架一面向下方，若钻孔时使用套管，则在插入杆体灌浆后再将套管拔出。若是用风钻钻出的小口径锚杆孔，则要求灌浆后再插入杆体。锚杆插入时要求顺直，杆体长度不够设计长度时则要求焊接，焊接可采用对焊或帮焊。 4. 答：（1）定位起重机（或塔架）悬吊搅拌机到达指定桩位，对中。当地面起伏不平时，应使起吊设备保持水平。 （2）预搅下沉待搅拌机的冷却水循环正常后，启动搅拌机电机，放松起重机钢丝绳，使搅拌机沿导向架搅拌切土下沉。 （3）制备水泥浆待搅拌机下沉到一定深度时，即开始按设计确定的配合比拌制水泥浆，待压浆前将水泥浆倒入集料斗中。 （4）提升喷浆搅拌搅拌机下沉到达设计深度后，开启灰浆泵将水泥浆压入地基中，边喷浆边旋转，同时严格按照设计确定的提升速度提升搅拌机。 （5）重复上、下搅拌搅拌机提升至设计加固深度的顶面标高时，集料斗中的水泥浆应正好排空。为使软土和水泥浆搅拌均匀，可再次将搅拌机边旋转边沉入土中，至设计加固深度后再将搅拌机提升出地面。 （6）清洗向集料斗中注入适量清水，开启灰浆泵，清洗全部管路中的残存的水泥浆，直岩土工程技术专业人才培养方案
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