有限元极限分析法的发展及其在岩土工程中的应用

有限元极限分析法在岩土工程项目中的应用在岩土工程中，有限元极限分析法有着广泛的应用价值，下面是小编搜集整理的一篇探究有限元极限分析法应用的论文范文，欢迎阅读参考。

虽然有限元极限分析法在岩土工程中有着较为突出的应用效果和价值，然而，因为这一分析法在实际的应用中，需要进行假设，然后还要将求解划分在合理的有限的范围内，因此，该分析法在岩土工程中的应用有着一定的局限*。

而随着社会的发展，这种分析法也得到了一定的发展，加上其本身所具有的超强适应*，使得其在一些其他的工程中也得到了应用，但是应用的过程中，也会受到局限*的影响。

本文主要就针对有限元极限分析法在岩土工程中的主要应用情况进行深入的分析。

1有限元极限分析法的发展有限元极限分析法在早期主要是由英国的科学家所提出的，并且在提出之初，就应用到了岩土工程中。

而随着时代的演变，在20世纪80、90年代的时候，有限元极限分析法的应用范围逐渐的得到扩展，但是受到当时技术条件的限制，使得该分析法应用的效果并不理想。

我国开始在岩土工程中应用有限元极限分析法的时间在1990年之后，我国当时应用该方法主要是为了针对土坡进行分析，而在2000年之后，就开始应用该分析法对边坡的稳定*进行分析，并衍生出了有限元强度折减法，同时也衍生出了有限元超载法，这两种方法都包含在有限元极限分析法中，有效的推动了有限元极限分析法的发展和应用。

而在最近几年，我国在有限元极限分析法的应用上有了进一步的突破，然而，就整体的应用效果来分析，我国的有限元极限分析法的应用目前还处于初级发展的阶段，还需要采用不同的方法来对有限元极限分析法进行改进，只有这样才能够更好的发挥出有限元极限分析法在岩土工程中的应用作用。

2有限元极限分析法的原理2.1有限元强度折减法原理在岩土工程中，主要采用莫尔-库仑材料，强度折减安全系数T的计算式为：2.2有限元增量超载法在工程中，岩土的破坏，不是朝夕之事，而是一个循序渐进的过程，由线**状态，逐步过渡到塑*流动，最终达到极限破坏状态。

有限元极限分析法发展及其在岩土工程中的应用研究【摘要】有限元极限分析法适用于岩土工程的设计与分析。

笔者在本文中，主要介绍了岩土工程安全系数、方法和失稳判据等，以及有限元极限分析法在土坡、土基扩大以及基岩边坡基岩的应用，实现革新设计方法的目标。

【关键词】有限元；极限分析法；岩土工程；应用研究在岩土工程中，极限分析法得到了良好的应用，但是由于这一方法需要做假设，而且求解的范围有限，所以方法的应用受到了很大的限制。

但是有限元数值方法，具有很强的适应性，但是由于无法计算出稳定安全系数F，所以其应用也受到一定的限制。

在本文中，笔者探讨了有限元极限分析法的发展，以及其在岩土工程中的应用。

1 有限元极限分析法的发展20世纪70年代中期，英国科学家Zienkiewicz首先提出了有限元极限分析法，并且在岩土工程极限荷载与安全系数的计算中进行了应用。

在随后的1980年代和90年代，这种方法在边坡及地基稳定性分析中也有了良好的应用。

不过，由于当时的技术条件有限，缺乏可靠、强大的大型有限元程序、强度准则等，致使计算精度不够，在岩土工程中没有得到广泛的应用。

20世纪末，关于有限元极限分析法，国际上又出现了多种相关的研究文章，研究的方向主要集中在有限元强度折减法求解均质土坡安全稳定系数F方面。

但是由于计算结果与之前的研究结果比较相似，所以逐步为主流学术界所接受。

一些学者认为，这标志着有限元强度折减法分析边坡的稳定性，进入了一个崭新的时期。

1999年，美国的D. V. Griffith等人用该方法分析了边坡的稳定性，创新点在孔隙水压力与模拟水位两方面，同时也对库水下降情况下的边坡稳定性做了分析。

而我国有限元极限分析法在20世纪末才开始，主要是在土坡分析中的应用。

21世纪初期，国内的一些学者在边坡稳定性的分析中，采用了有限元强度折减法。

这是国内比较早的研究有限元强度折减法的文章，研究的方向集中在基本理论及计算精度两方面。

随着计算精度的不断提高，逐渐被设计单位和岩土工程部门所重视。

岩土工程极限分析有限元法及其运用张 聪（甘肃煤田地质局一三三队，甘肃 白银 730913）摘 要：基于极限分析方法在岩土工程施工中的应用局限文章提出兼具数值分析方法和经典极限分析方法的有限元分析方法，在介绍有限元分析原理、基本理论、安全系数和发展历程的基础上，从边坡、地基、隧道等方面着重分析岩土工程极限分析有限元法的应用，验证有限元分析方法在岩土工程中应用范围的扩大，旨在能够为岩土工程施工建设发展提供更多有力的支持。

关键词：有限元极限分析方法；岩土工程；岩土滑坡中图分类号：TU195 文献标识码：A 文章编号：1002-5065（2020）14-0233-2Finite element method for limit analysis of geotechnical engineering and its applicationZHANG Cong（No.133 team of Gansu Coalfield Geological Bureau, Baiyin 730913,China）Abstract: Based on the limitation of the application of limit analysis method in geotechnical engineering construction, this paper proposes a finite element analysis method which combines numerical analysis method and classical limit analysis method. On the basis of introducing the principle of finite element analysis, basic theory, safety factor and development process, the application of limit analysis finite element method in geotechnical engineering is emphatically analyzed from the aspects of slope, foundation and tunnel, To verify the expansion of the application scope of finite element analysis method in geotechnical engineering, in order to provide more powerful support for the development of geotechnical engineering construction.Keywords: finite element limit analysis method; geotechnical engineering; geotechnical landslide极限分析法的力学基础是土体处于一种理想的弹性、属性状态，这种状态下，土体会出现一种平衡状态，即为土体滑动面上每个点的剪应力会和土地抗剪强度等同。

岩土工程中的有限元模拟技术及应用近年来，随着科技的不断发展，有限元模拟技术在岩土工程方面的应用日益广泛。

有限元模拟技术可以对复杂的问题进行模拟，预测材料的强度和变形行为，从而帮助工程师更好地设计和施工土木建筑。

本文将从宏观角度介绍有限元模拟技术在岩土工程中的基本原理、应用及发展方向。

一、有限元模拟技术的基本原理有限元模拟技术是建立在数学原理基础上的，具有一定的理论基础。

该技术将所研究的物体或结构划分为有限个互不重叠的小单元，每个单元内的物理属性可以简化为一组节点自由度。

相邻单元之间共享相应节点，通过这些节点之间的互相作用，在一个完整体的质点下获得了该系统的力学行为特征。

有限元模拟技术基于变分原理和加权残差原理，通过对结构的排序和计算，最终得出结构的最合理的设计方案。

二、有限元模拟能够应用于岩土工程经典问题(一) 土质力学问题有限元模拟技术在土动力学计算中的应用被广泛研究。

岩土地质学的一个经典问题是在工程地质学中被广泛使用的固结塔基分析。

固结塔基分析是为了分析建筑物在它的基础上的受力情况，然后确定所需的基础尺寸和材料类型。

使用有限元模拟技术可以更好地描述土壤强度的影响和先前静力试验结果的影响，从而对分析结果进行精确的计算。

(二) 岩层力学问题针对钻井过程中的岩石力学问题，有限元模拟技术常用于岩石分析和岩层分析。

岩层分析包括地质数据分析和受力分析，应用于在岩石和其他地层中钻井的石油和天然气行业。

据此研究井孔受力情况，优化钻机等钻井设备的设计，以提高效率和减少安全风险。

有限元模拟技术的应用可以使工程师更好地理解地下结构，从而制定更加完善的地下工程计划。

三、有限元模拟技术在岩土工程中的发展方向(一) 建立复杂模型在实际工程中，地质结构的复杂性很高，可能存在多种不同类型的地质体。

有限元模拟技术可以建立一个真实的地质结构，以获得更加准确的材料行为特性和计算结果。

对于大型土木建筑结构，在进行有限元模拟之前，需要对地面进行大量的调查和数据分析，以确定地质情况和建筑结构，然后建立合适的模型。

有限元极限分析法发展及其在岩土工程中的应用摘要：有限元极限分析法实际应用于岩土工程中，能够对岩土工程的安全系统、失稳数据等做出判断，但是在应用的过程中，需要做出假设，并且求解范围相对有限，在应用上有一定的限制。

关键词：有限元极限分析法；发展；岩土工程；应用；在实际应用过程中，是需要做出假设并求解的，而且应用的范围有一定的局限性，这是有限元极限分析法应该创新的地方，在科技进步之下，对方法进行完善，让其适用的范围有所扩大，同时也推动在岩土工程中应用的价值。

1有限元极限分析法发展历程1.1有限元极限法最初的提出者是英国科学家，时间在20世纪70年代中期，这也是首次将有限元极限分析法应用于岩土工程中，计算出岩土工程额极限荷载及其安全系数。

在20世纪90年代，该方法又应用于边坡和地基的稳定性分析中，但当时收到技术限制，并没有较强大和可靠的元程序支持，计算的精度也不够，在岩土工程中的推广使用收到了限制。

1.2在20世纪末，国际又对有限元极限分析法做出了新的研究，主要以有限元强度折减法的求解上比较集中，计算结果和之前的结果仍然很相似，慢慢也就被学术界接受到，从此有限元极限分析法也就进入了一个新的发展时期。

直到20世纪末，有限元分析法才在我国开始应用，主要是应用于土坡分析上。

在21世纪初，我国学者分析边坡稳定性上，有效应用了有限元折减法，这也是我国最早对有限元强度折减法的应用，并在基本理论以及计算精度上做出了细致研究。

在这两方面，我国也得到了较好的应用，并向着长远发展目标推进。

1.3在研究方面，有限元强度折减法主要集中在安全系数与滑面系数方面，而有限元增量超载法主要是在地基极限车承载力方面。

这方面的研究文献虽然不多，但是却取得了可观的研究成果。

这两种方法，统称为有限元极限分析法，从根本上来说，均为采用数值分析方法求解的一种极限分析法。

在国际上，有限元极限分析法大都采用编数值分析程序比较多，而该方法的应用范围仅局限于二维平面土基与土坡分析中。

岩土工程极限分析有限元法及其应用张文君摘要：在经济迅速发展的形势下，我国的各行各业都在自己的领域不断发展与进步，当然岩土工程也不例外，作为人类赖以生存和发展对象（岩土体），服务于人类的重要工程项目，为保障岩土工程特别是各类建设工程的建造质量和投资效率，科学合理地利用岩土体，确保工程项目顺利建成，运用有限元分析对岩土工程进行解读和利用是很有必要的，但是，就目前情况而言，岩土工程有限元分析中还存在着一些问题，这将直接影响工程的建造质量。

此文就岩土工程极限分析有限元法相关问题的解决方案展开分析。

关键词：岩土工程；有限元分析；若干问题；风险一、前言岩土工程是一种涉及诸多学科的项目类型，涉及岩土勘察、治理设计、施工规划和风险处理。

岩土工程可选择有限元分析的方式，完成对岩土工程的风险分析、岩土工程稳定分析等。

但是，在实际岩土工程有限元分析中，一些问题是确实存在的，这些问题影响了岩土工程的稳定性分析评价、设计思路与原则、治理措施选定等，可能会导致岩土工程治理以及安全事故的发生，亟需改进。

基于此，本文对岩土工程有限元分析展开解读，分析具体存在的几点问题，具体内容如下。

二、简述岩土工程理论的形成及发展岩土工程理论从时间段上看，可以大致分为以下几个时期：首先，原始时期人类对岩土可以用于抵御自然气候及凶猛动物的基本认知；其次，西方国家开展岩土工程实践，如修建地铁等，在此过程中所形成的基于岩土和水电利用及防护的认知；第三，工程力学的分支之一，土力学的诞生为研究土体与地质作用之间的应力关系提供了理论支撑及指导,岩土工程理论在此时期获得了较快发展，第四，进入近代社会后,在岩土信息勘察及工程施工技术的联合促进下，岩土工程理论的精度和广度都有了大幅扩展，岩土工程理论趋于成熟。

作为我国岩土工程理论来讲，其在形成发展中实现了与水文地质、工程地质、环境地质等水工环地质理论的互相融合,并在一些大型水电工程建设实践的印证下,对理论内容不断加以丰富及拓展，形成了岩土工程理论与实践并行,国内外岩土工程理论并存的理论架构体系。

· 279 ·区域治理综合信息岩土工程极限分析有限元法及其应用吕艳辉固勘探(深圳)有限公司，广东 深圳 518000摘要：目前常用的极限分析方法有极限平衡法，滑动线场法，上下限分析法和变分法等。

他们各有利弊。

极限分析有限元分析方法有效地弥补了这四种分析方法的不足，因而被广泛应用于岩土工程分析。

关键词：岩土工程；极限分析；有限元法岩土工程设计中，土体的极限平衡状态可将经济性与安全性相结合，因此被视作最重要的设计因素。

目前常用的极限分析方法包括极限平衡法，滑动线场法，上下限分析法和变分法等，他们各有利弊，然而，极限分析有限元法不仅具有有限元方法的全部优点，而且能有效地弥补其他分析方法的不足。

它还在考虑变形的同时动态模拟施工过程。

在分析边坡稳定性时，不需要对滑动面的位置和形状进行预先假设，也不需要使用条分法。

安全系数和临界滑动面可以通过有限元计算直接获得，应用范围十分广阔。

一、极限分析有限元法的基本原理1 安全系数有两种方法可以使基础或突破进入极限状态：一种是增量加载，另一种是减弱强度。

在过去，当突破安全系数时，首先假定滑动面，然后基于力矩的平衡计算，安全系数定义为滑动面的抗滑力与滑动力之比滑动表面。

其中,W 是安全系数;通过上述式子的变形能够得到以下式子：可以看出，传统的极限平衡法实际上是通过降低剪切强度来实现边坡的极限状态，并且在不同条件的定义下，安全系数存在一定的差异。

因此，利用强度储备确定安全系数不仅能满足岩土工程破坏的不稳定状态，而且要符合国际标准。

2 有限元中的边坡破坏准则目前，在有限元计算中确定土体破坏的标准有三种：① 滑移面塑性区贯通，即滑移面上每点都到达极限平衡状态；② 有限元计算不收敛，即土体以发生破坏；③ 滑动土体无限发生移动，即土体滑动面上的应变和位移发生突变且无限发展。

3 极限分析有限元方法应用条件一般情况下，当应用有限元分析有限元方法时，需要满足三个条件：① 可靠和成熟的有限元程序；② 适当的实际本构模型和强度屈服准则；③ 满足有限元计算模型建立所需的精度以及选择适宜的参数。

岩土数值极限分析方法的发展与应用一、本文概述随着科学技术的不断进步和工程实践的日益深化，岩土工程的数值极限分析方法在工程安全评估、优化设计以及风险控制等方面发挥着越来越重要的作用。

本文旨在全面概述岩土数值极限分析方法的发展历程、现状以及未来趋势，并深入探讨其在各类岩土工程中的应用。

本文将首先回顾岩土数值极限分析方法的起源与发展，梳理其从早期的简单理论模型到现代复杂数值分析技术的演变过程。

接着，文章将重点介绍当前主流的数值极限分析方法，包括有限元法、有限差分法、离散元法等，并分析它们各自的优缺点和适用范围。

本文还将探讨岩土数值极限分析方法在岩土工程中的应用案例，如边坡稳定性分析、隧道开挖模拟、地下工程安全评估等，以展示其在实际工程中的重要作用。

本文将展望岩土数值极限分析方法的未来发展趋势，包括技术创新、方法优化、多学科交叉融合等方面，以期为相关领域的研究人员和实践工作者提供有益的参考和启示。

通过本文的阐述，希望能够推动岩土数值极限分析方法在岩土工程领域的进一步发展与应用。

二、岩土数值极限分析方法的发展历程岩土数值极限分析方法的发展历程可以追溯到20世纪中期，随着计算机技术的飞速发展和数值计算方法的不断创新，岩土数值极限分析逐渐成为一种重要的研究手段。

其发展过程大致可以分为以下几个阶段：初期探索阶段：在20世纪50至60年代，研究者开始尝试运用数值方法对岩土体的极限状态进行分析。

当时主要采用有限元法等基本的数值计算方法，对岩土体的应力、应变和位移等进行了初步的探索。

这一阶段的研究虽然较为基础，但为后续的发展奠定了坚实的基础。

方法发展阶段：随着计算机技术的不断进步和数值计算方法的日益成熟，岩土数值极限分析方法在20世纪70至80年代得到了快速发展。

研究者开始尝试运用更加复杂和精确的数值方法，如离散元法、边界元法、有限差分法等，对岩土体的力学特性、破坏模式和极限承载能力等进行了深入的研究。

这些方法的出现极大地丰富了岩土数值极限分析的手段，提高了分析的准确性和可靠性。

有限元法在土力学中的应用在很多岩土工程的实际问题中, 例如档土墙、板桩、基础梁和板等工程, 由于岩土的非均质、非线性的性状以及几何形状的任意性、不连续性等因素, 在多数情况下不能获得解析解。

最近二十多年来, 随着电子计算机的迅速兴起, 在岩土工程中, 数值分析受到了极大的重视, 各种数值方法在岩土工程中都得到了广泛地应用, 而岩土工程中的各种复杂问题的解决又深化和丰富了数值分析的内容。

目前. 在岩土工程的数值分析中, 用的最为普遍的是有限元法和差分法, 其他方法如边界元法正在兴起。

变分法与加权余量法既可以独立地作为数值方法运用于土工实际问题的求解, 又可作为推导前几种数值方法的手段。

当数值分析中的差分法首先盛行于工程科学时, 土工中的渗流及固结问题在四十年代后期也开始采用差分法成功地解决了某些实际问题, 如土坝渗流及浸润线的求法、土坝及地基的固结等。

五十年代及六十年代初, 弹性地基上的梁与板以及板桩也用差分法来求解。

六十年代, 土石坝的静力问题用有限元法来求解。

由于有限元解法的灵活性, 使差分法在土工中的应用暂时趋丁停滞。

进入七十年代之后, 土石坝及高楼(包括地基)成功地使用有限无法解决了抗震分析。

七十午代后期及八十年代, 边界元法异军突起。

这方法特别适宜于半无限域课题, 这些是土力学及地基工程学科经常遇到的边界情况。

近十年来, 地基的静力及动力问题, 例如桩基及强夯(即动力固结)等, 都使用边界元法得到了有效地解决。

有限元法是一种十分有效的数值分析方法。

它有几个突出的优点: (1)可以用于解非线性]问题, (2)易于处理非均质材料, 各向异性材料, (3)能适应各种复杂的边界条件。

岩土材料恰恰存在这几方面的问题, 因此很适宜采用有限元法。

有限元法刚刚发展起来, 就引起了岩土力学界的浓厚兴趣。

1966电美国克技夫(C1ough)和伍德沃德(Woodward)首先将有限无法应用于土力学, 作了土坝的非线性分析。

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。

有限元极限分析法在岩土工程中的应用
秦万能;梁红书
【期刊名称】《有色金属文摘》
【年(卷),期】2017(032)001
【摘要】有限元极限分析法在岩土工程中的应用取得了较好的效果,但是在实际使用时需要假设和求解,应用范围有一定的局限性.随着科技的进步,该方法不断完善,其适用范围不断扩大.本文对有限元极限分析法理论进行了介绍,并对其在岩土工程中的实际应用进行了分析.
【总页数】2页(P94-95)
【作者】秦万能;梁红书
【作者单位】贵州省有色金属和核工业地质勘查局三总队,贵阳遵义563000;贵州省有色金属和核工业地质勘查局三总队,贵阳遵义563000
【正文语种】中文
【中图分类】TU43
【相关文献】
1.有限元极限分析法发展及其在岩土工程中的应用
2.有限元极限分析法在岩土工程中的应用
3.有限元极限分析法在岩土工程中的应用探讨
4.有限元极限分析法在岩土工程中的应用研究
5.有限元极限分析法在岩土工程中的应用研究
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岩土工程极限分析有限元法及其应用摘要：通过研究分析发现，将工程结构离散化是极限分析有限元法的核心内容，简单地说实际的工程结构是通过想象进行离散一定数量的规则单元组合体，然后分析这些组合，结果应用于实际的结构中，通过这种实践在一定程度上解决了工程建设过程中的问题。

因此，本文笔者将详细对极限分析有限元法进行分析阐述。

关键字：岩土工程；极限分析有限元法；应用引言自上世纪初，岩土工程的极限分析方法（包括极限平衡法、滑移线场法、上下限分析法）取得了较好进展，在实际工程得到了广泛的应用。

其中一些方法需要一些人工架设，一些方法的解决方案非常有限，这限制了该方法的开发和应用。

其中有限元法数值方法适应力较强且应用广泛，但在工程设计中，不能求出稳定安全系数 F 和极限承载力，从而限制了岩土工程中有限元数值分析方法的运用。

一、经典岩土极限分析法的发展及问题基于力学的极限分析方法，土体处于理想的弹塑性或者刚塑性状态，处于极限平衡状态，即土体滑动面上各点的剪应力与土体的抗剪强度相等或者滑动面上的作用力与抗剪力相等。

极限平衡状态下的土体有两个力学性质：第一是土体处于不稳定的状态，所以它可以作为一个岩土工程破坏失稳的判据；第二是岩土材料强度充分发挥，达到最大经济效益，因此，在岩土工程中常把土体极限平衡作为设计依据。

有两种方法可以将地基或土坡引入极限状态：一是增量加载，如地基的极限承载力；二是强度折减，如土坡的稳定安全系数。

经典极限分析方法普遍应用于均质材料。

极限状态的设计计算仅参考破坏条件及屈服条件，不需要参考岩土复杂的本构关系，从而大大简化了岩土工程的设计计算。

极限状态计算应满足以下条件：（1）屈服条件或者破坏条件。

（2）静力平衡条件和力的边界条件。

（3）应变、位移协调条件和位移边界条件。

目前主要采用以下4种经典极限分析法：上、下限分析法、滑移线场法、变分法与极限平衡法。

每种都具有各自的特点，但还有一些需作假定，如上限法、滑移线场法、极限平衡法等都需对临界滑动面作假定，不适用于非均质材料，特别是岩石工程强度的不均性，从而限制了极限分析法的应用，这正是极限分析法在经典岩土工程的缺陷。