数值模拟试验在岩土工程实验及工程案例教学中的应用

验 教 学及 工 程 案 例 教 学wenku.baidu.com 质 量 。
传 统 实验及 工程案 例教 学与数 值模 拟 试 验 的 比较
一
、
压 、抗拉、抗剪试验，学生通 过实验操 作，很 直观地 观察到岩石破坏的形式、规律 ，这样 更容易地 理解和
学 习岩 石 强 度准 则 这一 个 比较 抽 象 复杂 的 问题 。如 果
且具有通用性强、方便灵活 、具有可重复性等特 点， 可 以完全克服实验室物 理实验 的不足 ，突破传统力 学
实 验 观 测 难 、 分 析难 、 重复 难 等 多 种 弊 端 。 而且 ，还
可 以通过数值试验得 到许 多在常规实验室实验 中难 以
观 测 到 的 重 要信 息 ，如 岩 石 或 岩 体 结 构 在破 坏 过 程 中 的应 力 场 、 变形 场 ，有 利 于 并 加 深 学 生对 力 学现 象 本
人数、课时和试验室条件 的约束 ，造成 实验太少 、教 学实验类 型单一 、时 间安排紧 ，每个学生不一定都有 实际操作动手 的机会 。而对于一些和实际接触紧密 的
法很难全面 反映岩石在变形损伤演化和宏观破坏过程
中 的应 力 场 、变 形 场 等 重 要 信 息 。 （） 些 大 型 的 工 ３一
在 岩 土工 程知 识体 系 中岩石 、 混凝土 的 抗拉 、 抗 压 、抗 剪 等 基本 实 验及 岩 石 的 破 裂 与 失 稳 过 程 是 一 个 重 要 的基 本 教学 内容 。 目前 在 国 内大 多数 高 等 院校
不通过实验加强知识点的理解 ，就激发 不起学 生学习 的积极性，学习的效果也会大打折扣 。要培养岩土工
程项 目，实验室小型试样 的加载实验很难描述 。如边 坡失稳、隧道的开挖加固模拟 ；对于岩体 的蠕变 ，在
短 期 内无 法 完 成 对 岩 体 的 应 力 、应 变 、变 形 等 观 测 ；
工程案例 ，一般的实验室 内的物理实验是不能满足要
求 的，所 以采用先进的教学手段、教学方法来提高实
程 专 业 的 学 生 ，还 有 一 个 重 要 的环 节 就 是工 程 案 例 教
的相应课程 的实验 教学中，主要 依赖 实验室的物理实
验。
物 理 实验 优 点 ： 比较直 观 。
学。只有学 生接触 了大量 的工程案例 ，才能逐渐培养
其动 手 及 设计 能 力 。
物理实 验局 限性 ： （） １ 由于受 到实验设备 、实验
创 造 能力 和 想象 力 。 目前 国 内大 多数 高 等 院校 的 实验 教 学都 存 在 学 生
实验 也不是每个同学都能操作一遍 。很难通过大量的 物理 实验 向学生直 观演 示各种 岩石的变形、破 坏的复
杂 现 象 。 （） ２ 由于 岩 石 介 质 的 复 杂 性 ，传 统 的 测 试 方
质的理解，提 高学生学 习与专业研究的兴趣 。因此 ，
数 值 模拟 试验 将 是岩 土 工 程 实 验 教 学 及 大 型 工程 案 例 教 学 的一 条 新路 。
图２数 值模 拟试验 （ 石破 坏模 型） 岩
二 、数值 模拟试 验在岩 土工程 实验 教学 中的 应 用
在 教 学 中关 于 岩 石 、混 凝 土 的抗 拉 、抗 压 、抗 剪 等 基 本 实验 可 以采 用 传 统 和 数 值 模拟 试 验 相 结 合 的 方 法 。 即使 学生 进 行 了实 际 动 手 能 力 的锻 炼 ，也 通 过 数 值 模 拟 试 验 掌 握 了岩 石 在 变 形 损伤 演 化和 宏 观 破 坏 过 程 中 的应 力场 、 变形 场 等 重 要信 息 。 数 值 模 拟 试 验 采 用 东 北 大 学 岩 石 破 裂 与 失 稳 研 究中心 开发 的一套 岩石破 裂与 失稳 分析 系统 （Ｏ ｋ Ｒ Ｃ Ｆ ｉｕｅ Ｐ ｏ ｅ ｓ Ａ ａ ｙ ｉ ，简 称Ｒ Ｐ 软 件 ） ａ ｌｒ ｒ ｃ ｓ ｎ ｌ ｓ Ｓ ＦＡ 。通 过
验 ，获得常规 实验无法 得到的实验数据 。也可以模 拟大型复杂 的工程 ，这也是常规实验无 法做 到的 。数值模拟试 验应用到
在岩土工程实验及工程案例教学中教学效果非常好 。 关 键 词 ： 数 值 模拟 ；岩 土 工程 ； 工程 案例
培 养 实 践 能 力 及 综 合 素 质 强 的 岩 土 工 程 专 业 的 学 生 ， 不但 要 让 学 生 系 统 地 学 习理 论 知 识 ，而 且 要 让 学 生 亲 自动 手 做 一 些 实 验 的操 作 。实 验 教 学 能 够 帮 助 学 生更 好 地 理 解 理 论 知 识 。如 岩 石 力 学 常 规 实 验 有 抗
收 稿 日期 ： ２０ － ９ ２ ０９０—４
对 于特 殊的工程灾害更难 以通过实验室进行系统地观 察研究。随着 计算机 技术和数值计算理论的发展，各 种 商业通 用程序 在土木工程专业课程教学实验及课程 中有关 内容 （ 点及难点） 重 进行数值模拟和仿真分析。
作者简介：琚晓冬 ，硕士 ，讲师 。 ｛ 文 系 河 南理 工 大 学 ２ ０ 年 教 育 教 学 改 革 研 究 项 目 本 ０ ７
（０ ７ Ｇ ２ ） ２０Ｊ００。
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中国 装 现代 备
利用现代计 算力学原理和计算机可视化技术，对 岩石 、混凝土的变形与破裂过程进行数值试验，不 仅
可 以达 到 岩 石 、 混凝 土 力学 实 验 辅 助 教 学 的 目的 ，而
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数值模拟试验在岩土工程实验及 工程案例教学中的应用木
琚 晓冬 冯文娟 邹正 盛
４ ４ ０ ５ ００ 河南理工大学
摘
河南焦作
要 ：本文分析常规 实验 方法 的特 点及存在 的问题 ，提 出将 数值模拟试验应用 到教学试验 中。数值模拟 可以模拟常规实
室观 测 手 段 、经 费 等 条 件 的 限 制 ，通 常 只 会 教 师 演 示
一
所 以实 验 教 学 方 法 是 培 养 重 要 的 方 法 和 手 段 ，通
些 常 规 的 抗 拉 、 抗 压 、 抗 剪 基 本 实 验 。甚 至 是 基 本
过实验操作提高学生实践动手能力，进而提高学生的