岩体力学数值计算方法及新进展简介

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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。
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。
（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
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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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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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（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
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。
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
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
（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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（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