岩体力学数值计算方法及新进展简介ppt课件

1、第十章第十章 岩膂力学数值计算方法岩膂力学数值计算方法及新进展简介及新进展简介一、岩膂力学的开展与工程地质学等地质学科开一、岩膂力学的开展与工程地质学等地质学科开展严密相关展严密相关 今天随着科学技术的迅速开展，世界上在矿今天随着科学技术的迅速开展，世界上在矿产资源勘探，能源开发，工程建立的环境与平产资源勘探，能源开发，工程建立的环境与平安等方面的需求，对岩膂力学提出了更多更高安等方面的需求，对岩膂力学提出了更多更高的要求。大型，特大型的岩体工程建筑，都使的要求。大型，特大型的岩体工程建筑，都使岩膂力学面临着前所谓遇的难题。这些问题的岩膂力学面临着前所谓遇的难题。这些问题的处理，一方面要依托岩

2、膂力学的实际与方法的处理，一方面要依托岩膂力学的实际与方法的进一步完善，另一方面，也要求地质学科，尤进一步完善，另一方面，也要求地质学科，尤 其是工程地质方面的学科的实际与方法进一步完善。特别是勘探手段与技术方法的开展严密相关。因此要开展岩膂力学着门学科，应亲密凝视工程地质学科方面的开展，它们是相辅相成密不可分的。二、固膂力学成就在岩膂力学中的运用一断裂力学在岩膂力学中的运用 目前，岩石断裂力学的运用前景主要如下： 1.岩石的断裂预测与控制断裂; 2.岩石裂纹的构成与扩展.二损伤力学在岩膂力学中的运用 将损伤力学的根本方法和过程运用于岩石力学即岩石损伤力学。岩石损伤力学以为：岩体内存在有延续分

3、布性的初始缺陷和密集的微观裂纹，但在宏观上仍可视为延续介质对待。对于遍及节理，裂隙岩体或呈多组节理分布的裂隙岩体更切合实践。三、岩石力学实验与测试方法的进展一在室内模拟实验方面，离心模拟实验由于具有其他模拟实验方法所不具备的优点而遭到凝视。二声波层析技术在岩膂力学方面的运用遭到凝视。声波层析技术在岩体测试中的运用四、数值分析在岩膂力学中的运用和四、数值分析在岩膂力学中的运用和开展开展一数值分析方法的分类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在岩石力学有关领域的数值分析方法运用中，主要运用的方法为有限元运用中，主要运用的方法为有限元法，边境单元，离散单元法，拉格法，边境单元，离散单

4、元法，拉格朗日单元法及块体实际等朗日单元法及块体实际等二有限元法原理及其运用要点二有限元法原理及其运用要点原理：经过变分原理或加权余量法原理：经过变分原理或加权余量法和分区插值的离散化处置把根本支和分区插值的离散化处置把根本支配方程转化为线性代数方程，把待配方程转化为线性代数方程，把待解域内的延续函数转化为求解有限解域内的延续函数转化为求解有限个离散点节点处的场函数值。个离散点节点处的场函数值。 运用要点： .正确划分计算范围与边境条件 2.正确输入岩体参数及初始地应力场 3.采用特殊单元来思索岩体的非延续性和边境效应 三岩石力学问题的其他数值分析方法 1.边境单元法 有限元法是对问题的微分近

5、似表达式给出了准确解，它本质上属于微分法。 与微分法相对应的是积分法，积分法所涉及的边境可包围整个问题域，而数值分析的离散化仅在边境上近似。以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。2.2.离散单元法离散单元法 离散单元法完全强调岩体的非延续性。离散单元法完全强调岩体的非延续性。它以为，岩体中的各离散单元，在初始它以为，岩体中的各离散单元，在初始应力作用下各块体坚持平衡。岩体被外应力作用下各块体坚持平衡。岩体被外表或内部开挖以后，一部分岩体就存在表或内部开挖以后，一部分岩体就存在不平衡力，离散单元法对计算域内的每不平衡力，离散单元法对计算域内的每个块体所受的周围作用力及自重进展不个

6、块体所受的周围作用力及自重进展不平衡计算，并采用牛顿运动定律确定该平衡计算，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。反岩块内不平衡力引起的速度和位移。反复逐个岩块进展类似计算，最终确定岩复逐个岩块进展类似计算，最终确定岩体在知荷载作用下能否将破坏或计算出体在知荷载作用下能否将破坏或计算出最终稳定体系的累计位移。最终稳定体系的累计位移。 离散单元法算例：研讨地下煤层开挖引起冒落和岩层挪动，研讨冒落带深度与节理间距的关系。 3. 3.块体实际块体实际 块体实际就是针对个性各异的岩体中具有构块体实际就是针对个性各异的岩体中具有构造面这一共性，根据集合论柘朴学原理，运用造面这一共性，根

7、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，构造出矢量分析和全空间赤平投影图形方法，构造出能够有的一切块体类型，进而将这些块体和开能够有的一切块体类型，进而将这些块体和开挖面的关系分成可挪动块体和不可挪动块体，挖面的关系分成可挪动块体和不可挪动块体，对几何可挪动块体在按力学条件分为稳定块体、对几何可挪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。潜在关键块体、关键块体。 此外，在计算方法上，还有半解析法、加权此外，在计算方法上，还有半解析法、加权剩余法以及松弛法中的经松弛法以及上述方法剩余法以及松弛法中的经松弛法以及上述方法的耦合运用。的耦合运用。 例子五、位移反分析法

8、在岩膂力学中的运用五、位移反分析法在岩膂力学中的运用1.1.位移反分析法：在岩体工程施工开挖过程中，位移反分析法：在岩体工程施工开挖过程中，经过丈量位移、应变或应力，来确定岩体的初经过丈量位移、应变或应力，来确定岩体的初始地应力或岩膂力学参数。始地应力或岩膂力学参数。2.2.运用运用 反问题法不仅是参数估计，它的进一步推行反问题法不仅是参数估计，它的进一步推行运用是工程预测和险情预告、反响动态设计、运用是工程预测和险情预告、反响动态设计、调整施工方案以及可靠度评价等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六、新的数学计算方法和软科学在岩石力学中的运用运用1.1.分形几何及其在岩石力学中的运用分形几何及其在岩石力学中的运用 分形几何是近十年来开展起来的研讨非线性分形几何是近十年来开展起来的研讨非线性景象和图形不规律性的实际和方法，它在处置景象和图形不规律性的实际和方法，它在处置岩石断裂形貌、岩石破碎、岩体构造、岩石颗岩石断裂形貌、岩石破碎、岩体构造、岩石颗粒特征等过去以为难以处理的复杂问题，得到粒特征等过去以为难以处理的复杂问题，得到了一系