对岩土工程数值分析的几点思考

本文从连续介质力学理论出发,积极探析了岩土工程中数值分析的重要性,指出了岩体工程数值分析中的关键性问题,倡导了应积极促进岩土本构理论的研究工作,并且对于岩土工程数值的分析工作提出了建议和意见。     

对岩土工程数值分析的几点思考

本文从连续介质力学理论出发，积极探析了岩土工程中数值分析的重要性，指出了岩体工程数值分析中的关键性问题，倡导了应积极促进岩土本构理论的研究工作，并且对于岩土工程数值的分析工作提出了建议和意见。     

岩土各向同性损伤本构模型

基于连续介质力学基本概念得出岩土损伤复合体理论的应力–应变合成一般模式,简化得出岩土各向同性损伤复合体理论的应力–应变合成模式,建立了岩土各向同性损伤本构模型。提出了岩土各向同性损伤本构模型的数值求解法。通过对一个算例分析,加深了对岩土损伤机理的认识。计算分析认为:串联假设不适用于岩土体;严格意义上,并联假设不适用于岩土体;当应力较小时混合体的应力–应变关系与理想原状岩土类似,与重塑土差异较大,应力较大时,应力–应变关系特点与应力路径有关。     

确定软土流变模型参数的回归反演法

0　引　　言 yh在岩土工程中 ,正确确定力学参数是非常重要的。岩土体的力学参数总体有 3类 :第 1类参数可由试验直接测出 ,如单轴抗压强度、抗拉强度等 ;第 2类参数由试验结果通过简单的计算可间接求出 ,如剪切摩擦角、内聚力等 ;第 3类参数是一些复杂本构模型中的参数 ,不能由试验直接或间接得出 ,往往通过试算、类比、经验估计等方法得到[1,2 ] ,如流变模型中的参数等。在岩土工程的数值分析计算中 ,正确确定岩土体的本构方程是很关键的 ,其中优选模型参数一直是困扰我们的问题。理论上 ,每种土体都对应着一特定流变力学模型 ,通过数学推导 ,可求出模型的本构方程。但一般来说 ,要确切知道模型     

ITASCA系列岩土力学专有技术

正ITASCA国际集团公司是全球岩土工程相关领域前沿技术研发厂家与产品供应商,主打核心产品涵盖数值模拟程序包、数值模型网格剖分与微震/声发射监测与分析三大系列。岩土工程数值模拟技术ITASCA数值模拟程序包是全球工程建设相关领域广为接受与应用的计算分析技术,程序包内核采用拉格朗日数学算法,力学分析引擎则采用涵盖包括连续介质、非连续介质及其颗粒流理论在内的传统与超常规理论。数学算法与力学理论的高度有机融合决定了程序包特别适用于解决工程科研领域所涉及的各类复杂问题。按力学背景理论的不同,程序被介分为三个系列:     

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岩土细观介质空间分布数字表述和相关力学数值 分析的方法、应用和进展

介绍和总结近十多年来研究实际岩土细观介质空间分布的方法，以及基于实际细观介质空间分布数学表述而建立的力学数值计算网格自动生成的方法和应用，该项研究可为解决岩土力学主流方法常遇到的岩土模型与参数给小准和本构关系模型种类繁多这两个重要问题提供可行途径。该可行途径主要包括采用数字图像技术来对岩土材料内部细观不同介质的空间分布进行精确测量和数值表述以及采用相应的数值计算方法。研究结果表明，数字图像技术可以用来准确量测和表述岩土内部各种介质的实际空间分布，这些空间分和数据可以用来建立岩土内部不同细观介质的空间分布和相应数值计算网格，并通过与现有的数值计算方法如有限元法或有限差分法相结合来实现考虑真实岩土材料不同种细观介质及其空间分布的力学数值分析和预测。进一步探讨如何应用该方法来建立微观-细观-宏观不同尺度耦合的真实岩土力学分析和预测方法与理论。SCI论文检索结果表明，所提出的方法和途径是岩土力学相关研究和探索的最新进展。     

岩土损伤本构模型研究进展

损伤力学在岩土工程中的应用日益广泛,很多学者建立了一大批基于不同条件的、适合不同材料的、考虑不同环境影响的各式各样的岩土损伤本构模型。根据研究损伤的方法不同,本文将这些损伤本构模型大体分为三类:宏观损伤本构模型、细观损伤本构模型和统计损伤本构模型,并对其进行评述,指出了当前损伤本构模型研究存在的问题和发展趋势。     

岩土损伤复合体理论的应力应变合成模式研究

近年来岩土损伤本构模型取得了长足的进步,但岩土材料损伤的复合体理论的一个基本问题——复合体的两个组分的应力、应变合成模式上存在争议。从损伤力学的基础——连续介质力学的基本概念出发,对岩土损伤复合体理论应力-应变合成的合理模式进行了深入研究。得出了一般损伤情况下的岩土损伤复合体理论的应力-应变合成公式,给出了各向同性损伤情况下的简化公式,认为对于岩土损伤复合体理论不能简单的采用并联、串联假设。     

岩土损伤复合体理论的应力应变合成模式研究

近年来岩土损伤本构模型取得了长足的进步,但岩土材料损伤复合体理论的一个基本问题——复合体两个组分的应力、应变合成模式上存在争议。从损伤力学的基础——连续介质力学的基本概念出发,对岩土损伤复合体理论应力应变合成的合理模式进行了深入研究。得出了一般损伤情况下的岩土损伤复合体理论的应力应变合成公式,给出了各向同性损伤情况下的简化公式,认为对于岩土损伤复合体理论不能直接采用并联、串联或简单的混合类型复合模式。     

发展水平报告之二 土的本构类系及其验证与应用

<正> 二十年来,伴随着电子计算机和计算技术以及土工试验技术的发展,在岩土工程生产实践的推动下,土的本构关系的研究工作日益广泛和深入,成为岩土工程的重要研究领域之一。主要表现在:一方面是学者们提出了大量的、数以百计的各种土的本构关系数学模型,其中一些已在岩土工程边值问题的数值分析中得到应用和验证,已出版的土的本构关系方面著作已给予了概括和总结;另一方面是召开了一系列有关土的本构关系方面的学术会议,仅80年至83年就召开了八次以上的国际学术会议,其中在加拿大召开的岩土工程中极限平衡、塑性力学和广义应力-应变（关系）北美研讨会标志着对各种土的本构关系数学模     

岩土力学松弛数值计算方法和应用研究

 博士学位论文摘要　对岩土力学松弛数值计算分析方法作了较全面的总结和归纳, 阐明了各类松弛数值计算方法的内在相互关系, 分别提出了求解离散单元模型的块体同步松弛离散单元法(B lock syn2ch ronic relaxat ion discrete element method) 和求解连续介质模型的静力松弛快速拉格朗日分析方法(Stat2ic relaxat ion fast L agrangian analysis of cont inua, S2FLAC)。在块体同步松弛离散单元法方面, 首先进一步深化了作者提出的静力同步松弛离散单元法, 并提出了动力同步松弛离散单元法。通过统一静力、动力计算公式, 形成了静力、动力统一的块体同步松弛离散单元法, 并采用分块高斯2塞德尔迭代求解整体方程, 求解效率得到提高。文中讨论了方法的求解及一些相关问题, 特别是离散单元模型各计算方法之间的相互关系, 得到了一些规律性结果。基于C 语言编制开发了相应的工程应用程序, 并结合武钢金山店铁矿地下采矿引起地表变形的实际科研课题对该方法的应用进行了研究, 该课题已通过湖北省科委组织的专家鉴定, 创造了巨大的经济和社会效益。在连续介质静力松弛快速拉格朗日分析方法方面, 建立了其力学模型, 推导出其相应的计算公式,并针对该方法的实现提出了一种简单可行、效率高的求解方法—力分配法。基于该方法对不连续界面等岩土力学问题进行了研究, 包括提出了一种基于松弛方法的界面求解技术, 界面可分开、错动, 整个求解过程不需K n , K s 等人为刚度系数; 以及岩土工程中开挖、锚杆加固等普遍问题的相应解算。最后基于C语言编制了相应的应用程序, 并对典型例题进行了计算分析。通过所述的工作, 使岩土力学松弛数值计算方法在岩土力学数值分析方法领域有了一个明确的位置,并得以进一步的发展和应用, 显示出其很好的发展前景。     

压缩试验本构关系的大变形表述法

基于连续介质力学有限变形理论,采用完全拉格朗日描述法导出压缩试验本构关系的大变形法表述形式.首先根据压缩试验特点建立大、小变形法应力张量和应变张量之间的转换式,得到一般意义上的大变形法压缩本构关系.然后在小变形法双曲线模型基础上,得到其对应的大变形法本构方程,并提出简化形式的大变形法双曲线模型.工程实例和参数分析的结果均表明,大变形法双曲线模型可较好地模拟土体的大变形压缩试验本构关系.大、小变形法的双曲线参数在定义和数值上均不相同,但两者服从一定的变化规律.     

第九届全国岩土力学数值分析与解析方法研讨会暨中国力学学会第七届岩土力学专业委员会换届会议通知

第九届全国岩土力学数值分析与解析方法研讨会暨中国力学学会第七届岩土力学专业委员会换届会议拟定于2007年10月在湖北省武汉市召开。1.会议主题:(1)岩土本构模型与参数研究;(2)岩土力学计算新方法;(3)岩土工程研究与重大工程实例;(4)岩土试验与测试技术;(5)环境岩土力学与工程。2.会议专题:岩土力学数值分析与解析方法发展与回顾3.会议时间及地点:时间:2007年10月地点:湖北省武汉市4.会议主(承)办单位:主办单位:中国力学学会岩土力学专业委员会承办单位:中国科学院武汉岩土力学研究所5.会议论文与出版:第九届全国岩土力学数值分析与解析方…     

基于Weibull强度理论的混凝土冻融损伤本构模型研究

将统计学方法与细观力学方法结合,采用平行杆模型模拟混凝土等脆性材料单轴受压的损伤演化规律。研究了基于Weibull强度理论的混凝土细观统计损伤本构模型,并通过冻融后的混凝土单轴受压本构试验,拟合出模型相关参数m和ε0,提出了基于细观统计损伤力学的混凝土冻融损伤本构方程。最后通过非线性有限元分析软件ABAQUS对提出的模型进行数值模拟,并与试验结果对比分析,验证了所提出模型的合理性。     

裂隙岩体渗流场-损伤场耦合理论研究及工程应用

以岩体结构控制论为基础,把裂隙岩体看作由离散介质和拟连续介质岩体组成的复杂介质岩体。从理论分析和数值模拟两个方面,对地下水的渗流场与裂隙岩体的损伤场之间的相互作用机理进行了深入系统的研究,具体工作有以下几个方面 　　(1)从地质学、岩体力学、统计学的角度出发,定量化分析了岩体裂隙的几何特征和裂隙岩体渗透特性,为渗流场与损伤场的耦合研究奠定了基础。 　　(2)基于Betti能量互易定理,系统研究了应力场与渗流场共同作用下的岩体损伤演化机制,建立了考虑渗透压力的三维含水裂隙岩体脆弹性和弹塑性断裂损伤本构模型和损伤演化方程。研究结果表明渗透压力可显著提高裂隙尖端应力强度因子,增加岩体的柔度,降低岩体强度,对裂隙岩体的力学特性具有明显的削弱作用。 　　(3)从岩体裂隙变形角度出发,建立了三维应力作用下考虑渗流与变形耦合效应的单裂隙渗流物性方程,从理论上推导了拟连续介质岩体渗透张量表达式。基于岩体裂隙的损伤变形,提出了裂隙岩体渗透张量演化方程。 　　(4)以岩体结构力学为基础,根据裂隙发育规模与工程尺度的关系,建立了非稳态裂隙岩体渗流模型。该模型充分体现了主干裂隙在渗流中的强导水作用和网络状裂隙的贮水功能与渗流滞后效应。与以往研究成果相比,克服了单纯离散介质渗流模型工作量大和拟连续介质渗流模型不能正确反映裂隙水力学特性的缺点。本文还对渗流分析中存在的若干问题进行了研究。 　　(5)针对岩土工程中大小裂隙共存的特点,建立了包含离散介质和拟连续介质的裂隙岩体水力学模型,并自行开发了相应的有限元软件CPSS3D。 　　(6)将本文所建裂隙岩体水力学模型应用于某水利工程的高边坡开挖中,计算结果表明,该模型具有较好的实用性与可靠性。     

非连续变形分析（DDA）法及在岩石力学中的应用

指出非连续变形分析（DDA）方法是近年来发展起来的一种分析不连续介质力学的岩土工程数值模拟方法,根据相关文献,叙述了DDA法的基本理论和求解方法,介绍了DDA法研究现状、在岩石力学及相关领域的研究和发展现状,并对今后的发展方向提出了一些看法。     

岩土材料弹塑性损伤模型及变形局部化分析

常规的弹塑性模型由于没有考虑到损伤和塑性的耦合作用，难以模拟破坏时由于内部损伤的累积导致的变形局部化剪切带的形成过程，因而，不能很好地反映实际结构的细观破坏机理。作者采用一种宏细观结合的思路，基于细观损伤力学提出了一个适用于岩土材料弹塑性损伤模型，研究均质材料在外部环境作用下由于损伤和塑性的耦合导致的局部化剪切带的形成过程。对基体材料服从Drucke-Prager准则的球形孔洞体胞单元提出了一个塑性损伤屈服面，为了反映岩土材料在拉应力和压应力作用下不同的孔洞形成机理，分别采用了球形拉应力和塑性应变的成核机制来建立孔隙率的演化方程，根据塑性损伤屈服面和孔隙率的演化方程，导出了关联流动法则下的岩土材料塑性损伤本构方程。将笔者提出的岩土材料弹塑性损伤模型，通过用户子程序嵌入到大型商业有限元软件MRAC中。为了研究塑性和损伤的耦合作用，分别采用Gurson弹塑性损伤模型和Mises弹塑性模型，对Tvergaard关于自由表面有周期性分布微小形状缺陷的半无限大板在平面应变拉伸作用下剪切带的形成进行了数值模拟，计算结果表明弹塑性损伤本构模型在模拟变形局部化方面具有明显的优势。采用作者提出的岩土材料弹塑性损伤模型，对平面应力条件下有一个缺陷单元的均质岩土材料单轴受压试件的局部化剪切破坏进行了数值模拟。     

层状岩体多节理本构模型与试验验证

 根据含多节理层状岩体典型力学特征,在所提出的考虑一组节理面的层状岩体复合材料模型基础上,建立考虑多组结构面特性的层状岩体多节理本构模型,用来描述其在强度和变形方面的各向异性以及应变硬化–软化特征,进而采用VC++编程语言将该模型嵌入到FLAC3D软件中,实现其非线性数值计算功能。然后,利用所提出的本构模型与三维节理网络模型相结合,初步提出基于连续介质力学理论的合成岩体模型(SRMM)分析方法。基于这些模型理论和分析方法,建立现场真三轴试验岩样的三维合成岩体计算模型,通过与现场试验结果对比,表明所提出的本构模型在描述多节理岩体力学特性方面是可行的、合适的。