岩体力学数值计算方法及新进展简介
隧道力学第5讲岩体力学方法和计算
co kv ,h 0 2
(kh) (kh)
(4)
各测点的现场量测值σk为ｎ个独立观测值，σ为ｎ个观测值的总
体。由各基本因素△, Fx，Fy ……所得的基本初始应力 k, Fxk,
Fky,…为方程（2）的自变量。根据各实测点提供的ｎ组实测值，以
及由数值方法计算的“数字观测值”给出的各回归系数估计值b1， b2，…，可以算出误差估计值ek和残差平方和Ｑ：
进行离散。几何形状和材料特性方面都具有对称性 时，可利用该对称性取部分计算范围进行剖分。
第5讲 岩体力学方法—数值法
1、计算范围的确定和离散方法 （4）应注意的几个问题（remarks）
5）洞室边缘两侧的对应单元，其大小形状尽量一致。 6)洞室边缘及附近单元的布置应考虑设置锚杆的方向及
深度，以便施加锚固力。 7)洞室内单元的划分要考虑到分部开挖的分界线和部分
第5讲 岩体力学方法—数值法
1、计算范围的确定和离散方法 （1）计算范围
考虑工程的需要和有限元离散误差以及计算误差，一般 选计算范围沿洞径各方向均不小于３～４倍洞径为好。但计算 实践表明，对非圆形洞室或各向异性岩体材料中开挖的洞室， 则计算范围应适当扩大或取上限尺寸。如果只考虑自重应力场， 则可借助于无限域单元，免去计算范围选取的麻烦，但是无限 元和有限元的交接位置的确定仍要考虑上述原则，只是范围可 略小一些或取下限。
开挖区域的分界线。 8）计算范围内的单元划分还要考虑到地下水位的变化分
界面。
第5讲 岩体力学方法—数值法
2、边界条件 计算范围的外边界可采取两种方式处理；其一
为位移边界条件，即一般假定边界点位移为零（也 有假定为弹性支座或给定位移的，但地下工程分析 中很少用）。其二是假定为力边界条件，包括自由 边界(P=０)条件。还可以给定混合边界条件，即 节点的一个自由度给定位移，另一个自由度给定节 点力（二维问题）。当然无论哪种处理都有一定的 误差，且随计算范围的减小而增大，靠近边界处误 差最大，这叫做“边界效应”。在动力分析中影响 更为显著，需妥善处理。
岩土工程的数值分析
有限元法的发展：20世纪60年代初，有限 元法在岩土工程中得到应用。由于它能够较 容易地处理分析域的复杂形状及边界条件、 材料的物理非线性和几何非线性，所以有限 元的应用和发展非常快。它在土体渗流、固 结、稳定和变形分析等各个领域得到广泛应 用。它被应用于浅基础、桩基础及各类深基 础、挡土墙、堤坝、基坑和隧道等各类岩土 工程问题的分析。有限元法不仅用于分析静 力问题、动力问题，还用于分析上部结构、 基础和地基的相互作用等问题。 在有限元 分析中可以采用总应力分析法，也可以采用 有效力分析法。
边界元法的发展： 20世纪20年代，边界元法的理论基 础就已初步形成。到20世纪60年代中期，边界元法在工 程技术问题中的应用逐渐斩露头角。尤其是自70年代末 直至现在，边界元法发展迅速。边界元法的思路是把所 要求解的微分方程转化成相应的边界积分方程，然后采 用边界积分方程的数值法求得原问题的数值解。这种方 法的特点是通过边界上的量来确定区域内部的未知量， 它与有限元法相比，具有信息准备工作少等优点。边界 元法采用类似于有限元法的离散技术来离散边界。离散 化所引起的误差仅来源于边界，提高了计算精度。边界 元法在分析边坡稳定性、地下水渗流等方面取得了良好 的效果。边界元法与有限元法相比，具有降低所求问题 的维数，计算量和计算时间相对减少，计算精度相对高 的特点，应该说比有限元法具有更强的生命力。但事实 上边界元法并没有得到像有限元法那样广泛的应用。其 中原因有，一是边界元法对变系数或非线性问题的适用 性不如有限元法；其次，边界元方程没有较好的前后置 处理技术，计算结果表示也不很直观和形象。
岩土工程：数值分析在岩体力学中的应用和发展.doc
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。
岩土工程计算原理和方法
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。
岩土工程数值计算方法
岩土工程数值计算方法报告学院：土木与环境工程学院姓名：xxxxxx学号：xxxxxxxx三维有限差分稳定性分析一、FLAC3D基本原理FLAC(Fast Lagrangian Analysis of Continua)是由美国Itasca 咨询公司研究开发的显式有限差分程序，可用于工程力学计算，模拟岩石、土等材料的力学行为。
由于其采用了显式拉格朗日算法及混合离散划分单元技术，使得该程序能较好地模拟地质材料在达到强度极限或屈服极限时发生的破坏和塑性流动，分析渐进破坏和失稳，特别适用于模拟大变形。
材料通过单元和区域表示，根据计算对象的形状构成相应的网格。
每个单元在外载和边界约束条件下，按照给出的本构关系产生力学响应。
FLAC 软件主要是为岩土工程稳定性分析开发的岩石力学计算程序，它包括了反映地质材料力学效应的特殊计算功能，能够计算地质类材料的高度非线性(包括应变硬化/软化)、不可逆剪切破坏和压密、粘弹(蠕变)、空隙介质的应力—渗流耦合及动力学行为等。
FLAC 提供了多种材料本构模型：各向同性弹性模型、横观各向同性弹性模型、摩尔-库仑塑性模型、应变硬化/软化塑性模型、德鲁克-普拉格塑性模型、遍布节理模型、双屈服塑性模型、霍克-布朗模型、空单元模型等。
另外，程序设有界面单元，可以模拟断层、节理和摩擦边界的滑动、张开和闭和行为。
支护结构，如砌衬、锚杆、支架等与围岩的相互作用也可以在FLAC 中进行模拟。
同时，用户可根据自己的需要在FLAC 中创建自己的本构模型，进行各种特殊修正和补充。
FLAC 采用显式算法来获得模型全部运动方程的时间步长解，从而可以追踪材料的渐进破坏和跨落，这对研究开采的时间效应和空间效应是非常重要的。
此外，程序允许输入多种材料类型，亦可在计算过程中改变某个局部的材料参数，增强了程序使用的灵活性，用来提供采动区域的跨落过程和开采中的充填过程。
FLAC 具有强大的后处理功能，用户可以直接在屏幕上绘制图形，或以文件形式创建和输出打印多种形式的图形。
岩体工程力学参数钻孔原位测试新方法-概述说明以及解释
岩体工程力学参数钻孔原位测试新方法-概述说明以及解释1.引言1.1 概述岩体工程力学参数的测试是岩石工程领域中的重要工作，传统的测试方法存在一些局限性，如测试过程中可能会破坏岩体结构，导致测试结果不够准确。
针对这些问题，本文介绍了一种新的岩体工程力学参数测试方法，即钻孔原位测试方法。
该方法通过在岩体内部进行原位测试，不仅可以避免对岩体结构的破坏，还可以获得更准确的测试结果。
本文将详细介绍这一新方法的原理及其应用，并探讨其在岩体工程中的潜在优势和可能存在的局限性，最后展望了该方法的未来发展方向。
通过本文的介绍，读者将能够更全面地了解岩体工程力学参数测试的新方法，并认识到其在岩石工程领域中的重要意义和应用前景。
1.2 文章结构文章结构部分应该包括对整篇文章的结构安排和各个部分内容的简要描述。
具体可写为：文章结构包括引言、正文和结论三个部分。
引言部分主要概述了本文的研究背景和意义，以及新方法的应用前景。
正文部分将介绍传统岩体工程力学参数测试方法和新方法的原理及优势，并探讨新方法在岩体工程中的实际应用情况。
结论部分将总结新方法的优势和可能存在的局限性，以及展望未来可能的研究方向和应用前景。
通过这样的结构安排，读者可以清晰地了解本文的研究内容和逻辑结构。
1.3 目的：本文的目的在于介绍一种新的岩体工程力学参数钻孔原位测试方法，通过对该方法的介绍和分析，探讨其在岩体工程中的应用前景和优势。
同时，也对可能存在的局限性进行了探讨，为该方法的进一步改进和完善提供参考。
最终目的是为了推动岩体工程领域的技术创新和发展，提高岩体工程力学参数测试的准确性和可靠性，为工程实践提供更科学、更可靠的技术支持。
2.正文2.1 传统岩体工程力学参数测试方法岩体工程力学参数的测试一直是岩土工程领域中的重要研究内容，传统的岩体工程力学参数测试方法主要包括室内试验和野外测试两种。
室内试验主要包括岩石样品的采集、制备和力学性能测试。
采集岩石样品后，需要经过标准化的制备工艺，制作成符合标准要求的试样，然后进行拉伸、压缩、剪切等力学性能测试，从而得到岩石的强度、变形模量、泊松比等力学参数。
岩石力学室内试验技术的若干进展1000字
岩石力学室内试验技术的若干进展岩石力学室内试验技术是岩石力学中的重要组成部分，是岩石力学研究的基础。
在过去的几十年中，岩石力学室内试验技术经历了多次重大变革和技术升级，为岩石力学研究提供了更加完善和有效的工具和手段。
下面将从试验方法、试验设备、试验数据处理和试验标准等方面介绍岩石力学室内试验技术的若干进展。
一、试验方法1. 三轴压缩试验：三轴压缩试验是岩石力学中最常用的试验方法之一，它能够快速准确地测定岩石的抗压强度和变形特性。
现代三轴压缩试验采用数控设备进行试验控制，可以实现更加精确的控制和数据记录。
2. 压剪试验：压剪试验是测定岩石的剪切性能的常用试验方法。
现代压剪试验将传统的各向同性模型拓展至各向异性和复合材料模型，使测量结果更加准确和可靠。
3. 抗拉试验：抗拉试验是测定岩石拉伸强度的常用试验方法。
目前，抗拉试验已经可以在微尺度上进行，可以更好地模拟岩石在深部地层的力学行为。
二、试验设备1. 数控设备：现代试验设备大多采用数控技术，实现数字化控制和数据处理。
数控设备可以更加准确地控制试验参数和数据记录，提高试验数据的可靠性和精度。
2. 超高压装置：超高压装置是岩石力学室内试验中的一项新技术，可以在高于常压数倍的条件下进行试验。
超高压装置可以更好地模拟深部地层的岩石力学行为，提高了试验的准确性和可靠性。
3. 微型设备：随着微纳技术的发展，微型设备在岩石力学室内试验中得到广泛应用。
微型设备可以对岩石的微观结构进行研究，为岩石力学的研究提供了新的手段和突破口。
三、试验数据处理1. 数字图像处理技术：数字图像处理技术是岩石力学室内试验数据处理中的一项新技术，可以对试样的变形和破坏进行精确的记录和分析。
数字图像处理技术可以提高试验数据处理的准确性和效率，为岩石力学研究提供了更加丰富和全面的数据来源。
2. 数字化模拟技术：数字化模拟技术可以模拟岩石力学实验中的各种情况，对试验结果进行预测和分析。
数字化模拟技术可以帮助理解岩石力学中的各种现象和规律，为岩石工程研究提供理论基础和预测工具。
岩体力学参数数据处理基本方法.
岩体力学参数数据处理基本方法目录第一章引言………………………………………………………………………[5 ]1.1 岩体力学参数取值研究的意义 (5)1.2 岩体力学参数取值国内外研究现状分析 (6)第二章岩体力学参数取值方法 (9)2.1 岩体力学参数取值方法简介 (9)2.2 根据试验资料来确定岩体力学参数 (9)第三章岩体力学参数确定方法的研究 (12)3.1 引言 (12)3.2 工程岩体的连续性模型 (12)3.3 工程岩体力学参数的实验方法 (14)3.4 模拟试验结果分析 (14)第四章岩体力学参数确定方法 (18)4.1 传统岩体力学参数方法 (18)4.1.1 地基基础工程 (18)4.1.2 边坡与基坑工程 (18)4.1.3 地下洞室工程 (18)4.2 不同受力特性的岩体工程 (19)4.2.1地基基础工程 (19)4.2.2边坡与基坑工程 (19)4.2.3地下洞室工程 (19)4.3 三种不同工况下的岩体力学参数确定方法 (20)4.3.1地基基础工程 (20)4.3.2边坡与基坑工程 (21)4.3.3地下洞室工程 (22)4.4 建立力学模型确定岩体力学参数 (23)4.4.1 工程岩体力学参数模型 (23)4.4.2 工程岩体力学参数 (23)4.5分析节理用数值方法确定岩体力学参数 (24)4.5.1 节理岩体的强度 (24)4.5.2 岩体的变形特性 (24)第五章岩石力学参数数据库系统的构建研究 (26)5.1 岩石力学参数数据库建立的目的和意义 (26)5.2 岩石力学参数数据库的数据结构 (26)5.2.1 引言 (26)5.2.2 Access软件介绍 (27)5.2.3 岩石力学参数数据库的数据结构 (28)5.3 岩石力学参数数据库系统的框架 (29)5.3.1 系统的功能 (29)5.3.2岩石力学参数数据库系统的框架 (30)5.4 详述Access的查询方法 (33)5.4.1 用向导创建查询 (33)5.4.2 用设计视图创建查询 (34)5.4.3 创建操作查询 (35)5.4.4 SQL查询 (35)第六章总结 (36)致谢 (37)参考文献 (38)第一章引言1.1岩体力学参数取值研究的意义水电站的主题为大坝、厂房和洞室，对一些失事的或运行不良的水电站研究表明，其安全性与可靠性主要不是建筑本身，而是地基承载力和与建筑物变形相容能力。
关于岩土工程的数值计算方法的综述
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：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，于是原微分方程和定解条件就近似地代之以代数方程组，即有限差分方程组，解此方程组就可以得到原问题在离散点上的近似解。
然后再利用插值方法便可以从离散解得到定解问题在整个区域上的近似解。
边界单元法：边界单元法在岩土工程领域也有很大优势，主要的应用软件是二维边界元法软件THBEM2和三维边界元法软件THBEM3，它们在复杂工程问题的线弹性应力分析以及弹性力学辅助教学等方面的应用有很大优势。
积分法统称为边界单元法，有直接法和间接法两类，它们都是利用了简单奇异问题的解析解，并可近似满足每个边界单元的应力和位移边界条件。
该法仅仅限定和离散问题的边界，可把问题的重点转移到边界上，可以有效地使已知条件降维，从而减小方程组的规模，大大提高计算效率。
岩体力学参数确定的方法
岩体力学参数确定的方法岩体力学参数的确定方法在岩石工程实践中，首先需要了解作为研究对象的工程岩体的力学性质，并确定其特征参数。
岩石力学参数的合理确定一直是岩石力学研究和发展的难点之一。
在应用工程力学领域，如果完整地使用经典理论力学的连续性假设和定义，就会存在理解上的问题。
必须考虑假设的合理使用范围和每个物理量的适用定义。
本文讨论了地下岩体工程中根据不同的重点确定岩体参数的方法。
1、确定岩体参数的传统方法地下巷道、硐室开挖后，围岩产生应力重分异作用,径向应力减少,切向应力增加,并且随着工程不断推进,岩体应力状态不断改变。
巷道、硐室围岩处于“三高一扰动”条件下,岩体表现的力学特性是破坏条件下的稳定失稳再平衡过程。
围岩体处于一种拉压相间出现的复杂应力状态。
该类工程岩体的力学参数的确定要进行岩体的卸荷试验研究,且要依据现场工程实际条件进行卸荷条件下的应力、渗流与温度三场耦合试验研究。
需要进行循环加卸载条件下的岩体力学特性研究,进而获得岩体的力学参数特征。
地下巷道和硐室工程岩体力学参数的确定方法如下：(1)三轴应力状态下的卸荷三场耦合力学试验,获得有关参数;(2)进行岩体流变特性试验研究,获得有关岩体的流变参数。
目前在该领域要进行大量的工作,包括设备仪器的研制等,同时还要利用新的计算机技术才会实现。
二．建立力学模型确定岩体力学参数建立工程岩体力学参数模型主要是解决复杂岩体力学参数的确定问题。
为了确定复杂岩体的力学参数，需要将工程岩体视为一个连续模型。
采用确定岩体力学参数的新方法，建立了层状斜节理岩体的力学模型，并进行了力学试验，确定了岩体的基本力学参数。
1．工程岩体力学参数模型目前，关于岩石的力学性质和划分基本上有两种观点：一种观点认为岩石本身是一种连续的非各向异性材料，另一种观点认为岩石是由多晶系统组成的，存在空洞和裂缝等缺陷，这使得岩石本身的结构表现出各向异性和不连续性。
岩体一般被视为不连续介质，但在一定条件下仍满足连续介质力学的基本假设。
岩石力学的数值模拟(讲义)
第10章岩石力学的数值模拟随着计算机软硬件技术的迅速发展，使岩石力学有了长足的进步，特别在岩石力学的数值计算和模拟方面发展尤为迅速，使得许多岩石力学解析方法难于解决的问题得以重新认识。
正如钱学森在给中国力学学会“力学——迎接21世纪新的挑战”的一封信中对力学发展趋势总结的那样“今日力学是一门用计算机计算去回答一切宏观的实际科学技术问题，计算方法非常重要”。
岩石力学和其他力学学科一样，需要数值计算方法并推动岩石力学的发展。
岩石介质不同于金属材料，在数值计算方面具有其独特的特点[205]：（1）岩石介质是赋存于地壳中的各向异性天然介质。
（2）岩石介质被众多的节理、裂缝等弱面所切割而呈现高度的非均质性，而其物理、化学及力学性质具有随机性特点。
（3）岩石介质赋存时以受压为主，而且抗压强度远大于抗拉强度。
（4）岩石力学与工程问题在时空分布上较广，从本质上讲都是三维问题。
（5）岩石工程一般无法进行原型试验，而实验室测得的数据不能直接应用于工程设计和计算。
（6）岩石力学与工程具有数据有限问题。
数值计算方法经过几十年的发展，目前已形成许多种岩石力学计算方法，主要有有限元法、边界元法、有限差分法、离散元法、流形元法、拉格朗日元法、不连续变形法及无单元法等。
它们各有优缺点，有限元的理论基础和应用比较成熟，在金属材料和构件的计算中应用十分成功，但它是以连续介质为基础，似乎与岩体的非连续性有一定差距，流形元等数值方法虽然考虑了岩体中节理效应，但其理论基础还不完全成熟。
相信在不久的将来，肯定会出现完全适合于岩体材料和工程的数值计算方法[206~208]。
10.1 岩石力学的有限元分析[209~213]有限元法（finite element method，FEM）是岩石力学数值计算方法中最为广泛应用的一种。
自20世纪50年代发展至今，有限元已成功地求解了许多复杂的岩石力学与工程问题。
被广大岩石力学研究与工程技术人员喻为解决岩石工程问题的有效工具。
岩体力学参数的数值模拟与优化算法研究
岩体力学参数的数值模拟与优化算法研究岩石是地球构造的主要材料之一，岩体力学参数是关于岩石强度、应力应变、变形和破坏等方面的参数。
数值模拟技术是岩体力学研究中不可或缺的工具，可以帮助我们更好地理解岩石的力学性质。
本文将探讨岩体力学参数的数值模拟与优化算法研究。
一、岩体力学参数岩体力学参数是指岩石在外力作用下表现出来的力学性质。
这些性质包括岩石的强度、刚度、应力应变关系、弹性模量、泊松比、岩石的破坏模式以及裂纹扩展等。
岩体力学参数的测定对于理解岩石的力学性质、设计工程结构以及进行工程安全评价具有重要意义。
二、数值模拟技术数值模拟技术是一种通过计算机模拟物理系统或现象的方法。
在岩体力学研究中，数值模拟技术可以通过建立与实际情况相似的模型来模拟岩石受外力作用时的应力、应变、变形和破坏等力学性质。
数值模拟技术可以为我们提供更加详细的岩体力学参数信息，而且可以降低实验成本，缩短实验周期，减少实验过程中的安全隐患。
数值模拟技术包括有限元法、离散元法、边界元法、质点网格法等。
其中，有限元法是岩体力学研究中最为常用的数值模拟方法。
这种方法通过将连续体离散化为许多小的单元，建立单元之间的网格，形成更为精确的数学模型，模拟物体受力时的应力、应变和变形等现象。
而离散元法是另一种针对非连续体的数值模拟方法，其主要是通过对颗粒进行离散处理，来描述非连续性物质受力时的应力、应变和变形等力学性质。
三、优化算法优化算法在岩体力学参数的数值模拟中起着至关重要的作用。
优化算法通常用于查找所有参数组合中使目标函数取得最大或最小值的最佳参数组合。
数值模拟的结果可能会包含数百个参数，为了获得最好的结果，必须对所有参数进行分别改变，从而发现最优解。
常用的优化算法有梯度下降法、遗传算法、蚁群算法、模拟退火算法等。
梯度下降法是通过不断朝着目标函数下降的方向进行搜索，从而找到最优解的一种方法。
遗传算法模仿遗传学中的适者生存理论，通过不断改变种群基因的组合，最终找到最优群体。
岩石力学数值分析方法
4、关键块理论
• 工程岩体(rockmass)建岩石(rock)和结构面组合焉 或，除极完整和极极破碎外，一般情况下将被结 构面自身以及工程开挖面共同切割成随机分布的 个别块体和群体，这些块体随它们的空闻几何形 状和开挖面形成了各自的可能运动状态，有些是 可能不稳定的危险块体，另一些则是稳定块体。 块体理论认为，在开挖面上所揭露的块体，可以 分为可能产生向开挖面运动的块体和不可能向开 挖面运动的块体，显然，不可能开挖面运动的 块体即为稳定块体。而具备了运动条件的块体中 有的仍可保持稳定，有的块体则在自重及周围块 体作用的组合作用下下失稳破坏，则该块体为危 险块体。
2、常用岩石力学数值计算方法应用
• • • • • • 1、有限元法 2、边界元法 3、离散单元法 4、关键块理论 5、DDA法 6、FLAC法
1、有限元法
• 在岩石力学数值计算方面，有限元法主要用来求 解线弹性、弹塑性、粘弹塑性、粘塑性等问题， 是地下工程岩体应力—应变分析最常用的方法。 其优点是可以部分地考虑地下结构岩体的非均质 和不连续性，可以给出岩体的应力、应变大小和 分布，并可近似地依据应力、应变规律去分析地 下结构的变形破坏机制。为了模拟岩体中存在的 断层、节理裂隙等结构面，考虑其非连续性，可 按结构面的特征采用不同的处理方法。
3、离散单元法
• 离散单元法中一个基本假定是块体运动对动能将 转化成热能而耗散掉，因此，在计算中，即使是 静力问题也必须人为的引入粘往阻尼器以使系统 达到平衡，使块体运动趋于稳定。离散单元法中 块体之间阻尼系数、运算的时间步长等参数的确 定带有极大的任意性和盲目性，至今没有确定这 些参数时可遵循的原则。与有限元等数值方法不 同，这类方法中块体单元的划分不同就会给出不 同的、甚至截然不同的结果。尽管如此，在结构 面已将岩体完全切割成块体状的情况下，采用该 方法仍不失先一种十分有效的途径，如溺来分析 边坡及裂隙发育地区工程的坍方和支护等。但当 岩体并朱被结构面切割成块体的集合时，该方法 就不甚适合。
岩土数值极限分析方法的发展与应用
4、应用实例
以某岩石边坡工程为例，该边坡由不同岩石组成，表现出明显的非线性特征。 采用非线性破坏准则下的有限元法进行极限分析，首先建立边坡的三维模型，考 虑岩石的弹塑性性质和节理面的接触特性。然后，通过加载模拟不同的工况条件， 得到边坡的应力分布和位移变化。根据分析结果，可以评估出边坡在不同工况下 的稳定性。
一、岩土工程极限分析
岩土工程的极限分析主要集中在研究材料或结构的响应以及其所能承受的最 大负载。它提供了理解和预测在特定条件下岩石和土壤行为的框架。这个分析通 常需要考虑许多变量，包括材料类型、压力、湿度、温度以及时间等。
二、有限元法
有限元法是一种数值分析方法，它通过将连续的问题离散化成一组有限个微 小元素（或单元）的组合来解决问题。每个元素都有其自身的物理和/或化学特 性，这些特性通过数学模型进行模拟。通过这种方式，可以模拟出大规模、复杂 的物理现象，从而得到更精确的结果。
岩土数值极限分析方法的发展 与应用
01 引言
03 应用领域
目录
02 发展历程 04 参考内容
引言
岩土工程领域涉及许多复杂的物理现象，如变形、稳定性、渗流等，这些现 象的分析与预测对于工程建设的安全性与可靠性至关重要。为了更好地解决这些 问题，岩土工程师们不断发展并应用新的理论和计算方法，其中岩土数值极限分 析方法就是一种非常重要的工具。本次演示将详细介绍岩土数值极限分析方法的 发展历程、应用领域、主要方法以及未来发展方向。
然而，目前对于非线性破坏准则下的岩土极限分析方法研究仍存在不足之处， 例如对于不同类型岩土体的非线性特性缺乏深入了解、模型的参数确定仍存在困 难等。因此，未来需要进一步开展相关研究，完善非线性破坏准则下的岩土极限 分析方法，解决实际工程中的关键问题。
岩石力学与工程研究新进展
①挡土墙固定不动，土体侧向变形为零时，塑性 条件下得到的水平土压力就是朗金土压力，而 且呈三角形分布。这说明朗金土压力是塑性条 件下的静止土压力，当粘聚力c＝0时，它与主 动土压力相等。 ②对于粘性土，此朗金土压力比主动土压力大， 此土压力将随着侧向变形的增加而逐渐减小， 此时土压力总体呈三角形分布，但在下部呈抛 物线分布。 ③随着侧向变形的增大，土体达到整体极限破坏 状态时，土体强度得到充分发挥，土压力减小 到最小值即为库仑主动土压力。
研究以下5个关键问题： ①复杂工程地质体结构及其力学特性的多尺度建 模理论与方法 ②多场耦合对复杂地质体的影响规律及其引起灾 变的机理
③灾害环境作用下工程地质体变形破坏过程及突 发性灾害的成灾机理
④地质工程系统在灾变过程中的响应模式与自适 应性机理和规律 ⑤灾害的时空预测理论与工程的安全防护原理
5.预应力锚索加固机理 （顾金才院士八年室内及现场试验研究）
③地铁车站桩基础下的基础（条桩＋ 十字桩）
④大型桥涵（如悬索桥和斜拉桥等） 的井筒式基础
2、深埋式抗滑桩 3、石损文物遗址保护工程
4、锚杆注浆密实度无损检测——声频
应力波法
Байду номын сангаас
(二)岩土力学分析和试验方法
1、虚拟现实技术、代数多重网络法、无网络自 然邻接点法等新的分析方法的应用，而大量的 是三维的有限元法广泛地应用于各种工程问题 的分析（约是论文的60％）。
2、现有的分析方法分析传统岩土力学问题有新 的结论。如：郑颖人院士用ANSYS软件的D—P 材料分析挡土墙土压力，结论为：
（三）岩土工程新技术 1、非圆形大断面的地下连续墙深基础工程 地下连续墙基础可分为 a、弹性桩（单室井筋、条桩、墙桩） b、刚性基础（墙桩、H.T桩、井筒式） 集承重、挡土和防渗于一体，可承受80— 100t/m2的垂直荷载。
简述等效岩体技术估算岩体力学参数的基本思路
简述等效岩体技术估算岩体力学参数的基本思路等效岩体技术是一种用于估算岩体力学参数的方法,主要通过将模拟结果与实际岩体进行比较来评估岩体的强度。
这种方法的基本思路如下:
1. 确定岩体等效模型:等效岩体技术中,首先需要确定一个与实际岩体等效的模型。
这个模型可以是已知的岩石力学模型,也可以是通过现场观察和测量得出的模型。
通常来说,等效岩体模型应该能够反映实际岩体的物理特性,包括岩石的构造、硬度、弹性模量等。
2. 确定等效岩体参数:等效岩体技术中,等效岩体参数是指用于比较模拟结果和实际岩体强度的系数。
这些参数通常包括岩石的强度、弹性模量、压缩模量、破坏准则等。
这些参数的选择应该与实际岩体的性质相匹配,以确保比较结果的准确性。
3. 进行模拟:使用等效岩体技术进行模拟时,需要将实际岩体与等效岩体模型进行比较。
通过计算模拟结果的应力、应变等数据,可以得出岩石的强度参数。
4. 进行结果评估:等效岩体技术的结果评估通常包括两个部分:一是评估模拟结果的准确性,二是评估等效岩体参数的选择是否合适。
通常来说,等效岩体技术的结果应该能够准确地反映实际岩体的强度,同时等效岩体参数的选择应该与实际岩体的性质相匹配。
等效岩体技术是一种用于估算岩体力学参数的方法,通过将模拟结果与实际岩体进行比较,来评估岩体的强度。
在实际应用中,等效岩体技术可以用于地质勘探、建筑设计、工程评估等领域。
随着计算机技术的发展,等效岩体技术的计算速度也得到了显著提高,使得该方法在实际应用中更加实用。
岩土力学中的数值分析算法研究
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。
81-2岩石力学与工程岩石力学新理论与新方法
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（2）经典分形
1. Contor集
D s lo g 2 /lo g 3 0 .6 3 0 9
2. Sierpinski集合
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D s lo g 3 /lo g 2 1 .5 8 5
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4.在岩体内修建各种类型的岩石工程， 如隧道、地下电站，以及大坝与桥梁 基础等可能会引起初始损伤的扩展演 化，甚至引发新的损伤。
5.考虑裂隙的大小、方位、数目及分布 情况，引用连续损伤力学原理并结合 岩石的力学性质可以解决目前一些岩
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（2）岩石损伤力学的研究内容
6.按不同的要求，反复形成和求解总体刚度 矩阵，最后求得每个块体和整个块体系统 的位移变形。
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（4）展望
1.非连续变形分析方法是以非连续体理论为基础 的一种新的数值方法。它适用于节理（裂隙） 岩体的静力和动力计算，对岩石边坡工程、岩 石地下工程和基础工程等都有很好的应用前景。
2.通过对DDA理论的深入研究，必将促进该方 法在岩石力学领域的应用，从而推动岩石力学 的发展。
22.028.）2021定义2：局部与整体以某种方式相似的形叫分形。
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3）定义3：F是分形，如果F具有如下典型性质： ➢① F具有精细结构，即有任意小比例的细节； ➢ ②F具有不规则性，它的局部和整体都不能用传统 的几何语言来描述；
➢ ③F通常有某种自相似形式，可以是近似的或是统 计的；
➢ ④一般F的分形维数大于它的拓扑维数； ➢⑤在大多数情况下 ，F可以用非常简单的触面上采取合适的 摩擦方式来消耗能量。块体间严格遵守不侵入 和不承受拉伸力的要求。
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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。
第十章 岩体力学数值计算方法 及新进展简介
一、岩体力学的发展与工程地质学等地质学科发 展紧密相关 今天随着科学技术的迅速发展，世界上在矿 产资源勘探，能源开发，工程建设的环境与安 全等方面的需要，对岩体力学提出了更多更高 的要求。大型，特大型的岩体工程修建，都使 岩体力学面临着前所谓遇的难题。这些问题的 解决，一方面要依靠岩体力学的理论与方法的 进一步完善，另一方面，也要求地质学科，尤
六、新的数学计算方法和软科学在岩石力学中的 应用
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1.分形几何及其在岩石力学中的应用
分形几何是近十年来发展起来的研究非线性 现象和图形不规律性的理论和方法，它在处理 岩石断裂形貌、岩石破碎、岩体结构、岩石颗 粒特征等过去认为难以解决的复杂问题，得到 了一系列准确的解释和定量结果。下面图表是 分形几何在岩体结构的分维中的应用。
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离散单元
法算例： 研究地下 煤层开挖 引起冒落 和岩层移 动，研究 冒落带深 度与节理 间距的关
系。
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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。
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• 例子
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五、位移反分析法在岩体力学中的应用
1.位移反分析法：在岩体工程施工开挖过程中， 通过测量位移、应变或应力，来确定岩体的初 始地应力或岩体力学参数。
2.应用
反问题法不仅是参数估计，它的进一步推广 应用是工程预测和险情预报、反馈动态设计、 调整施工方案以及可靠度评价等
（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。
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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。
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其是工程地质方面的学科的理论与方法进一步 完善。特别是勘探手段与技术方法的发展紧密 相关。因此要发展岩体力学着门学科，应密切 注视工程地质学科方面的发展，它们是相辅相 成密不可分的。
二、固体力学成就在岩体力学中的应用
（一）断裂力学在岩体力学中的应用
目前，岩石断裂力学的应用前景主要如下：
1.岩石的断裂预测与控制断裂;
2.岩石裂纹的形成与扩展.
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（二）损伤力学在岩体力学中的应用
将损伤力学的基本方法和过程应用于岩石力 学即岩石损伤力学。岩石损伤力学认为：岩 体内存在有连续分布性的初始缺陷和密集的 微观裂纹，但在宏观上仍可视为连续介质看 待。对于遍布节理，裂隙岩体或呈多组节理 分布的裂隙岩体更切合实际。
三、岩石力学试验与测试方法的进展
（一）在室内模拟试验方面，离心模拟试验由 于具有其他模拟试验方法所不具备的优点而 受到注视。
（二）声波层析技术在岩体力学方面的应用受 到注视。
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声波层析技术在岩体测试中的应用
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四、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
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2.统计岩石力学
3.系统分析、控制论等软科学在岩石力学 与工程中的应用
4.人工智能与专家系统在岩石力学中的应 用
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（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。
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• 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