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。
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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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2
（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