岩土工程数值分析方法重点

岩土工程：数值分析在岩体力学中的应用和发展（一）数值分析方法的分类在岩石力学有关领域的数值分析方法应用中，主要使用的方法为有限元法，边界单元，离散单元法，拉格朗日单元法及块体理论等（二）有限元法原理及其应用要点原理：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，把待解域内的连续函数转化为求解有限个离散点（节点）处的场函数值。

应用要点：1.正确划分计算范围与边界条件2.正确输入岩体参数及初始地应力场3.采用特殊单元来考虑岩体的非连续性和边界效应（三）岩石力学问题的其他数值分析方法1.边界单元法有限元法是对问题的微分近似表达式给出了精确解，它实质上属于微分法。

与微分法相对应的是积分法，积分法所涉及的边界可包围整个问题域，而数值分析的离散化仅在边界上近似。

下图表示了在外部问题模拟时微分法与积分法之间的区别。

2.离散单元法离散单元法完全强调岩体的非连续性。

它认为，岩体中的各离散单元，在初始应力作用下各块体保持平衡。

岩体被表面或内部开挖以后，一部分岩体就存在不平衡力，离散单元法对计算域内的每个块体所受的四周作用力及自重进行不平衡计算，并采用牛顿运动定律确定该岩块内不平衡力引起的速度和位移。

反复逐个岩块进行类似计算，最终确定岩体在已知荷载作用下是否将破坏或计算出最终稳定体系的累计位移。

3.块体理论块体理论就是针对个性各异的岩体中具有结构面这一共性，根据集合论柘朴学原理，运用矢量分析和全空间赤平投影图形方法，构造出可能有的一切块体类型，进而将这些块体和开挖面的关系分成可移动块体和不可移动块体，对几何可移动块体在按力学条件分为稳定块体、潜在关键块体、关键块体。

此外，在计算方法上，还有半解析法、加权残余法以及松弛法中的经松弛法以及上述方法的耦合应用。

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。

目录1 工程概况 (2)2 模拟要求 (2)2.1 工况要求 (2)2.2 成果要求 (2)3 工况1(abaqus) (2)3.1 数值模拟介绍 (2)3.2 模拟分析 (3)3.2.1 模型建立 (3)3.2.2 材料赋予 (3)3.2.3 分析步设置 (4)3.2.4 建立相互作用 (5)3.2.5 施加荷载和边界条件 (5)3.2.5.2 施加荷载 (6)3.2.6 网格划分 (7)3.2.7 模型求解 (8)4 工况二(abaqus) (13)4.1 位移分析 (13)4.2 应力分析 (14)4.3 两种工况塑性区分析 (15)5 Flac3D-6.0 模拟分析(工况一) (16)5.1 Flac3d 简介 (16)5.2 建模 (16)5.3 位移分析 (17)5.4 应力分析 (18)6 总结与感想 (19)附件(flac3d 命令代码) (20)参考文献............................................................................................................................... 错误!未定义书签。

1 工程概况某建设工程，地下岩石隧道洞顶位于地表面下9m，洞跨16m，洞的直墙高6m，洞拱为圆弧，拱矢高6m。

据工程勘察报告，场地围岩等级为IV级。

隧道上方偏离洞中轴线6.50m 的地面拟建一建筑物（40层），建筑物荷载简化为均匀分布于15m范围内，每层荷载考虑为20kPa，直接作用于地表。

2 模拟要求2.1 工况要求工况一：先有地面建筑，后修隧道。

模拟可以参考以下步骤进行：第一步：模拟初始地应力场、位移场；第二步：修建地面建筑，施加建筑物荷载；第三步：模拟开挖地下隧道（可全断面开挖，也可分部开挖），也可考虑衬砌支护（厚30cm 的C30混凝土衬砌）。

工况二：先有隧道，后修地面建筑。

第1章 土的本构模型岩土工程的数值分析，离不开岩土材料的本构关系。

岩土工程数值分析的精度在很大程度上取决于所采用的本构模型的实用和合理性。

本构关系广义上是指自然界中作用于该作用产生的效用两者之间的关系。

如电学中的电压与电流的关系，力学中的力与变形之间的关系，热学中的温差与热流之间的关系，力学中水利梯度与渗流之间的关系。

土的本构关系主要是指土的力学本构关系，即土的应力-应变关系。

描述土的本构关系的数学表达式就成土的本构方程，或称本构模型。

一般将本构模型分为以下几类：弹性模型、弹塑性模型、粘弹塑性模型、内蕴时间性模型和损伤模型等。

要研究材料的塑性本构关系和塑性极限荷载，首先要建立材料产生屈服于破坏的条件与准则。

本章将介绍各种经典的和近年来提出的各种适于岩土类材料的屈服于破坏准则，并对于这些准则从理论与实践方法上进行评价。

这些准则包括区瑞斯卡屈服准则、米塞斯准则、摩尔-库仑屈服准则、辛克维兹-潘德准则、松港元提出的SMP 屈服准则及俞茂宏提出的双剪应力屈服与破坏准则。

在实际工程中，土体常常既有很复杂的应力应变特性，如非线性、弹性、塑性、粘性及剪胀性、应变硬化（软化）和各项异性等，同时应力路径、应力历史即土的状态、组成、结构和温度等均对其有不同程度的影响。

因此，为了反映土体真实的力学性状，必须建立较为复杂的本构模型。

而在实际工程应用中，在满足一定的精度条件下，又要求本构模型简单实用。

因此，目前的本构理论研究呈现两种倾向：一种是建立用于解决实际工程问题的本构模型；另一种则是比较精细的模型研究，目的在于进一步解释土体应力应变特性的内在规律。

1．1应力变力分析1．1．1应力张量在直角坐标系中，一点的应力状态可以用该点的九个应力分量表示⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=z zy zx yz y yz xz xy x ij στττστττσσ (1-1)式中,x σ、y σ、z σ为应力法向的分量；xy τ、xz τ、yx τ、yz τ、zx τ、zy τ为应力的切向分量。

岩土工程中的数值分析与设计一、引言岩土工程是土木工程的重要分支领域，涵盖了地质、土壤、岩石和地下水等方面的结构和行为以及它们与土木工程结构的相互作用。

岩土工程的数值分析及设计是保障工程安全的重要手段之一。

二、岩土工程的数值分析岩土工程中的数值分析是指通过数值模拟方法对岩土体在应力、应变及变形等方面的特性进行计算和分析。

数值分析可以有效地进行工程设计和评估，为决策提供依据。

（一）数值分析方法目前在岩土工程中常用的数值分析方法包括有限元法、边界元法、有限差分法、离散元法等，其中有限元法在岩土工程领域中被广泛采用。

其基本思路是通过对材料和结构进行离散化，建立数学模型。

（二）数值模拟与分析数值模拟可以用于岩土工程中如地质勘探、地震预测、地下水流、土壤侵蚀等许多方面。

对岩土体进行数值模拟可以对其应力、应变、位移等方面的特性进行模拟分析，进而预测其行为及性能。

三、岩土工程的设计岩土工程的设计是基于对工程环境、岩土体及结构的分析，寻求出最佳的技术和经济方案。

岩土工程设计是保证工程安全可行性的重要环节，要求设计人员掌握一定的专业知识与技能。

（一）岩土工程设计原则岩土工程设计的原则包括安全、经济、实用、美观等四方面。

安全是首要的原则，要求工程能够承受日常和突发的各种荷载，经济主要是要尽可能降低工程成本，而实用和美观的原则则涵盖了人性化的设计和环保的要求。

（二）岩土工程设计流程岩土工程设计流程包括工程调查、设计准备、设计方案的确定、设计计算、设计绘图、设计报告等六个阶段。

在岩土工程的设计中，需要进行地质调查、测量和试验等多种工作，以确保设计方案的准确和灵活性。

四、数值分析在岩土工程设计中的应用数值分析在岩土工程的设计中是不可或缺的工具之一。

数学模型的建立和求解可以帮助设计人员更好地把握岩土体的性质和特点，确保工程的安全性和稳定性。

（一）数值分析在地质勘探中的应用数字地质勘探技术是用数字技术对地球物理场进行分析，找出地下结构从而确定矿产资源，这是岩土工程设计前的必要步骤。

岩土工程数值方法摘要：逐渐发展起来的一些岩土分析手段与数学理论，如信息量法、层次分析法、随机模拟法、无网络法、数值流形法、离散元法、分形理论、可靠度分析、人工神经元网络和智能岩石力学等，已经呈现出综合应用的趋势，对于岩体力学研究而言，岩石破坏过程的渐进性、岩体内部初始损伤的存在及块体之间的不连续特征是必须考虑的因素，因此建立在连续介质力学基础上的传统有限单元法具有明显的局限性。

各种新方法的涌现从不同方面推动了岩石力学数值计算方法的进步。

关键词：岩土数值模拟有限元法无网络伽辽金法扩展有限元法数值流形法离散元法Abstract: gradually developed some geotechnical analysis method and mathematical theory, such as information method, the analytic hierarchy process (ahp), random simulation method, the numerical manifold method, no network, discrete element method, fractal theory, reliability analysis, artificial neural network and intelligent rock mechanics etc, has presented a comprehensive application trend, for research in rock mechanics, rock failure process of rock mass progressive, the existence of the internal initial damage and block the discontinuous characteristics between is must consider factors so based on continuum mechanics on the basis of the traditional finite element method has obvious limitation. All kinds of the emerging of the new method from different aspects promote the rock mechanics numerical calculation method of progress.Keywords: geotechnical numerical simulation finite element method without network petro-galerkin method was expanded numerical manifold method finite element method of discrete element method中图分类号：O241 文献标识码：A文章编号：岩土数值模拟是否正确，其解决问题的重要基础仍然是地质工作，“地质体运动真实行为的理解比精确计算更为重要”。

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。

岩土工程数值方法发表时间：2018-07-25T16:28:04.553Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第7期作者：林杰[导读] 逐渐发展起来的一些岩土分析手段与数学理论，如信息量法、层次分析法、随机模拟法、无网络法林杰广东金山河建筑基础工程有限公司 523000 摘要：逐渐发展起来的一些岩土分析手段与数学理论，如信息量法、层次分析法、随机模拟法、无网络法、数值流形法、离散元法、分形理论、可靠度分析、人工神经元网络和智能岩石力学等，已经呈现出综合应用的趋势，对于岩体力学研究而言，岩石破坏过程的渐进性、岩体内部初始损伤的存在及块体之间的不连续特征是必须考虑的因素，因此建立在连续介质力学基础上的传统有限单元法具有明显的局限性。

各种新方法的涌现从不同方面推动了岩石力学数值计算方法的进步。

文网 http：//www.x 关键词：岩土工程；数值分析；方法在解决不同的岩土工程问题时，基本方程中的运动微分方程、有效力原理、连续方程和几何方程的表达式基本相同；但方程却与前几种有着较大的差异" 当涉及到具体的岩土工程问题时，我们可以根据具体的边界条件以及相关的初始条件来解决上述问题，所采用的方法一般为数值分析法" 通过以上论述我们可以发现，岩土工程一般都需借助数值分析法进行解决。

下面我们了解这门科学。

一、数值分析在岩上工程中的地位众所周知，岩土是自然的产物，具有较强的区域性，初始应力也较难预测，在分析岩土工程时，首先需要掌握的就是工程的地质条件，此外还要掌握岩上的工程性质，再者需要掌握的就是力学中一些最为基木的概念，并且能够在此基础上利用公式以及数值分析方法来解决问题、在计算时，需要能够做到因地制宜，要能够对具体问题做出具体的分析，然后将得出的结论运用到工程建设之中；在实际的岩土分析过程中，数值分析所得出的结果对于工程师的综合判断而言是极其重要的。

在实际的操作之中，在对岩土工程的对象进行分析时要做好岩土材料特性的分析工作，还要注意结合岩土工程的初始条件以及边际条件进行综合的分析；就目前的岩土分析发展状况而言，还不能得出具体的解析解，只能适用于定向分析，岩土工程在进行设计时要将重点要放在概念设计上，并且参照岩土工程师的判断结果，岩土数值分析所得出的结果也是岩土分析的关键参数。

岩土力学中的数值分析算法研究岩土力学是土木工程中非常重要的一个学科，它主要研究土体和岩石等地质物质力学特性及其应用。

在岩土力学中，数值分析算法是一个非常重要的领域，它可以帮助研究人员通过计算机模拟来进行对地质物质特性的研究和分析。

本文将对岩土力学中的数值分析算法进行探讨和研究。

一、有限元法有限元法是岩土力学中非常常用的一种数值分析方法。

它通过将一个连续体分成若干个小单元，再通过数学模型建立单元之间的关系，最终求解整个连续体的力学行为。

有限元法解决了很多复杂问题，如土壤和岩石的弯曲、扭转、抗剪等问题，可以更加真实的模拟地面行为。

同时，有限元法也能够分析非线性问题，如岩土体破坏行为和稳定性分析等问题。

二、边界元法边界元法是将求解问题只限制在问题边界上的数值分析方法。

与有限元法不同的是，边界元法直接计算边界上的应力分布，并进而推导出其他位置上的应力场分布。

由于边界元法不需要将整个域剖分为单元，在处理大规模地质问题时具有很大的优势。

而且，边界元法的精度高，可行性好，越来越多的石材和地质问题的研究都利用了边界元法。

三、离散元法离散元法是岩土力学中一种新兴而又广泛应用的数值分析方法。

它考虑了岩土物质内部的颗粒之间的相互作用，通过一种离散的方式表示这些颗粒的运动和相互作用，从而模拟物质的力学性质。

因此，离散元法非常适合用于研究断裂、塌陷、滑坡等问题。

离散元法的研究涉及到一些计算难度较大的问题，如强项多度、非对称、非线性和循环变形等。

对于这些问题，前沿研究成果尚在发展中，研究人员需要不断探索和努力。

四、计算流体力学方法计算流体力学方法也可以应用于岩土力学中。

它主要研究流体力学的理论和计算方法，同时也可以使用数值模拟来研究流体-岩体相互作用等问题。

它的研究对象包括土体、岩体中的液体和气体等流体系统。

使用计算流体力学方法可以有效地研究液体或气体流动导致的地质变化和地质灾害。

而且，计算流体力学方法可以在短时间内进行复杂的计算，可以方便地改变模型中的参数，加快研究进程。

岩土工程中的有限元分析技术研究岩土工程是土木工程领域中非常重要且有挑战性的一门学科。

在现代工程建设中，地基工程是保证建筑、桥梁、路基、隧道和管道等工程结构安全和稳定的关键环节。

而有限元分析技术是一种重要的分析工具，在岩土材料与工程中得到广泛的应用。

一、有限元分析技术简介有限元分析技术是一种数值分析方法，它将连续体分成有限数量的小元素，每个元素的物理特性可以用简单的方程来描述。

将每个单元的性质放入一个整体的模型中，通过计算机模拟来预测材料与结构的行为。

根据材料与结构的不同，相应的有限元分析计算模型也会随之变化。

因此，岩土工程中的有限元分析技术也是基于这个理论模型而开发出来的一种方法。

二、岩土工程中的有限元分析技术岩土工程在应用有限元分析技术时有一些特殊的要求。

首先，土地岩石的本质特点是非线性、不易预测。

其次，土壤或岩石结构比较复杂、难以建立真实的物理模型。

因此，为了预测岩土工程的安全性和稳定性，必须考虑这些材料和结构因素的复杂性，并进行充分的探索。

在岩土工程中，有限元分析技术被广泛应用于模拟和预测岩土材料的变形与破坏、地下水流与化学作用、土体力学模型及土方填筑结构的变形等问题。

通常情况下，有限元分析技术被分为静态和动态两种技术。

静态有限元分析技术是指在加载力的作用下，岩土材料和结构的静态变形和破坏行为的数值模拟。

在岩土工程中，常用的静态分析包括进退析模拟、斜坡稳定性分析等。

动态有限元分析技术是指岩土材料和结构在受到外界冲击或振动作用下的动态变形和破坏行为的数值模拟。

这方面的研究包括了地震工程、爆炸冲击工程等。

通过动态有限元分析，可以有效的分析地震和其他灾害作用下，结构的耐久和安全性。

三、常用的有限元分析软件随着有限元分析技术的不断发展和普及，有了越来越多的有限元分析软件。

其中，常用于岩土工程领域的有限元分析软件有：1. ANSYS：ANSYS是一种通用型的有限元软件，不仅可以用于岩土工程领域，还可以用于其他领域，例如：机械工程，航天航空工程，金属材料工程等场合。