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：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。
岩体力学的发展展望及发展方向
岩体力学的发展展望及发展方向张永伟学号：201020407岩石力学是研究岩石和由它组成的地质体在外力作用下力学行为的一门应用固体力学学科。
岩体力学是在岩石力学的基础上发展起来的一门新兴学科，是一门的年轻的学科，特别是在中国前景广阔，“岩石力学的未来在中国”。
岩体力学作为岩土工程三大基础学科（岩体力学、土力学、基础工程学）之一，在工程设计和施工中，岩体力学问题往往具有决定性的作用，例如:英吉利海底隧道，日本青函海底隧道，美国赫尔姆斯水电站地下厂房，加拿大亚当贝克水电站地下压力管道，巴西伊太普水电站，尼亚加拉水电站，以及我国葛洲坝水利工程等的新建，都提出了许多岩体力学方面的棘手问题，而这些问题对工程的进行具有决定意义。
因此，岩体力学的发展直接关系到工程开发的深度和广度。
一、岩体力学的发展岩体力学是在岩石力学的基础上发展起来的一门学科，一般认为它形成于20世纪50年代末，其主要标志是1957年法国的J.Talobre 所著的《岩石力学》的出版，以及1962年国际岩石力学学会的成立。
岩体力学的发展经历了如下几个阶段：（一）连续介质岩石力学阶段。
二次世界大战之前至20世纪60年代为岩体力学的产生与早期发展阶段。
在此阶段，人们仅简单地将岩体看作一种连续介质材料，利用固体力学理论进行岩体的力学特性分析，将岩体力学等同于材料力学，处理实际问题主要靠经验，往往效果较差。
（二）裂隙岩体力学阶段。
大约在20世纪60-70年代，国际上正式将裂隙岩体的力学性质研究作为岩体力学的一个中心课题，并且提出了（碎裂）岩体力学概念，将岩体力学研究推向了一个崭新的阶段，即裂隙岩体力学阶段。
（三）岩体结构力学阶段。
20世纪60年代末，人们提出了“岩体结构”的概念，及至70年代中期“岩体结构”便在岩体力学研究中起指导作用，并且由此诞生了“岩体结构的力学效应”这一具有划时代意义的科研命题。
（四）地质工程岩体力学阶段。
随着各种大型或特大型岩体工程的兴建，例如超过300 m的高坝及跨海大桥或其他高架工程等，它们的规模、形状、分布及组合等变化很大，往往引出不少岩体力学问题，而要解决这些问题又涉及到很多地质问题，有时可能关系到面积超过十平方公里、深达几公里的地质体。
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。
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。
岩土工程数值计算方法
岩土工程数值计算方法
岩土工程数值计算方法牛不牛？那绝对超厉害！咱先说说这步骤哈。
首先得收集岩土工程的各种数据，就像大厨准备食材一样，一点都不能马虎。
然后建立数学模型，这就好比给房子搭框架，得结实。
接着进行计算求解，这过程就像赛车冲刺，紧张又刺激。
注意事项可不少呢！数据得准确呀，要是数据错了，那不就像在沙漠里找大海，瞎忙活嘛！模型选择也得合适，不然就像穿小鞋走路，难受得很。
再说说安全性和稳定性。
这可太重要啦！要是不稳定，那不是像在摇摇欲坠的桥上走，提心吊胆嘛！所以在计算过程中一定要确保结果的可靠性，不然出了问题可不得了。
应用场景那可多了去了。
比如在建筑工程中，可以预测地基的沉降，这就像给大楼安了个保险。
在隧道工程中，能分析围岩的稳定性，就像给隧道穿上了铠甲。
优势也很明显啊，省时省力还精准，比起传统方法，那简直是鸟枪换炮。
举个实际案例，有个大型建筑项目，用了岩土工程数值计算方法，提前预测了各种问题，及时调整方案，最后顺利完工。
这效果，杠杠的！
岩土工程数值计算方法就是这么厉害，能解决实际问题，让工程更安全、更高效。
咱就该大胆地用起来，让它为我们的工程建设助力。
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。
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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
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）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。
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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
（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。
1
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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1.什么是传统机械按键设计？
传统的机械按键设计是需要手动按压按键触动PCBA上的 开关按键来实现功能的一种设计方式。
传统机械按键结构层图：
按
PCBA
键
开关 键
传统机械按键设计要点：
1.合理的选择按键的类型， 尽量选择平头类的按键，以 防按键下陷。
2.开关按键和塑胶按键设计 间隙建议留0.05~0.1mm，以 防按键死键。
（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
（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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• 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 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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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.要考虑成型工艺，合理计 算累积公差，以防按键手感 不良。
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。
பைடு நூலகம்13
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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2.统计岩石力学 3.系统分析、控制论等软科学在岩石力学