探讨岩土工程数值分析的几点思考

杨小艳

(广东省地质局第六地质队 529040)

探讨岩土工程数值分析的几点思考

杨小艳

(广东省地质局第六地质队 529040)

本课题从我国目前的岩土工程数值分析现状的各种的情况的分析，对岩土本构理论和发展的方向进行研究。岩土工程分析过程的综合判断的依据之一是岩土工程数值。对于如何建立岩土的工程实用本构方程。建立多个工程实用本构方程结合积累大量工程经验才能促使数值方法在岩土工程中由用于定性分析转变到定量分析。

一、岩土工程分析中的问题

在岩土工程中将物理模型区描述各种的工程问题，再进一步的转换成数学问题，用数学的问题区进行数学的求解。举一个较为典型的例子，在较为饱和的情况下，这种黏土地基大面积堆载之后，存在的一些作用使得，沉载问题实现简化，Terzaghi是一种一维固结物理模型，这种固结模型经过转化再成为一种Terzaghi固结方程，从而得到解。

利用连续介质力学模型来求解工程问题主要有一下的几个步骤：

1、运动微分方程式(包括动力和静力分析两大类)；

2、运用几何方程，该几何方程分为两类，一类为小应变分析，一类为大应变分析；

3、构建本构方程，这种方程是属于力学本均方程。

岩土工程问题在很多问题中，都是属于十分复杂的问题，这些问题可以通过两个条件进行选择，一种是边界条件，一种是初始条件。在数值分析的基础上，对该种方法进行求解和研究，通过连续介质力学模型的建立，使用不同的本构方程，同时对初始条件以及边界条件进行整合，而在其中共同的部分是运动微分方程以及几何方程。在不同的材料使用中，本构方程并不一致。此时，材料属于线性弹性体，这种方程属于广义上的虎克定律。此时岩土材料可以被当做多相体。在一种连续介质力学，进行模型分析之后，可以对岩土工程问题进行如下介绍，有以下三个方程，第一，运动微分方程式，使用的是动力与静力两种方式；第二，总应力是有效应力加上孔隙压力，又称之为有效应力原理；第三，运用连续方程，总体积变化，是各相体积变化的和；第四，几何方程，属于小应变分析与大应变分析两种类别；第五，同时还使用本构方程，这种方程式力学和渗流本构方程。

（二）对岩土工程数值分析的浅析

Janbu认为，反映作用与效应之间的关系称为本构关系，力学中的虎克定律，同时还应用到电学中的欧姆定律，同时还应用渗流学中的达西定律，这些都反映其中最为简单的本构关系。其中岩土是属于自然、历史的产物，其中有以下特性，此时表现为土体性质区域性比较强，即使是处于一个场地或者在同一层的土地中，这种深度以及水平方向都由一定会发生一定的变化。而且在岩土体中，该种初始应力场，也存在一定的复杂程度，也很难进行预测。其中土属于多相体，构成成分为固相、液相以及气体三相等等，而这三种相有时很难区分。

岩土的应力，其产生的应变关系，以及因应变关系而产生的应力路径，加荷速率等等，也具有一定的相关性。土还具有剪胀性、各向异性等，因此，岩土体的本构关系十分复杂。到现在为止，人们已经建立了几种本构模型，这些模型有以下几种种类，弹性模型、刚塑性模型以及非线性弹性模型等等。对该力学模型进行求解，该问题的关键在于能够对岩土本构方程进行构建，该种构建方式属于一种岩土本构方程。该种情况能够面对很多状况。也是考虑数值分析在岩土工程分析中的地位时必须重视的现实情。结构工程所用材料多为钢筋混凝土、钢材等，材料均匀性好，由此产生的误差小，而岩土工程材料为岩土，均匀性差，由此产生的误差大。在几何模拟方面，结构工程中一般初始应力小，某些特殊情况，如钢结构焊接热应力，影响范围小；岩土工程中岩土体中初始应力大且测定难，对数值分析影响大，特别对非线性分析影响更大。结构工程分析常采用线性本构关系，线性分析误差小。岩土工程分析常采用非线性本构关系，非线性分析常需要迭代，迭代分析可能产生的误差大。在结构工程和岩土工程分析中，若边界条件较复杂，均可能产生较大误差。相比较而言，多数结构工程边界条件不是很复杂，而多数岩土工程边界条件复杂。

图1 岩土工程与结构工程有限分析误差来源分析表

（三）对岩土工程中的问题的对策

(1)基于对岩土工程分析对象——岩土材料特性的分析，并考虑岩土工程初始条件和边界条件的复杂性，岩土工程分析很少能得到解析解，而目前岩土工程数值分析只能用于定性分析。所以，岩土工程设计要重视概念设计，重视岩土工程师的综合判断。岩土工程数值分

（2）自Roscoe和他的学生建立剑桥模型至今已近半个世纪，各国学者已提出数百个本构方程，但得到工程应用析结果是岩土工程师在岩土工程分析过程中进行综合判断的重要依据之一。

认可的极少，或者说还没有。从这个角度讲采用连续介质力学模型求解岩土工程问题的关键问题是如何建立岩土的工程实用本构方程。

（3）本构模型及参数测定是岩土工程分析中的关键问题，应该考虑岩土工程的类别、土的类型、区域性的特性直接的影响着本构模型确定了岩土工程的数值分析的目标。对于本构工程的参数应该尽可能的少、容易测定、对工程的经验的积累。这样的经验有助于促进岩土工程数值分析中的定性分析。由定性分析到定量分析的逐步的演化。

结论

在岩土数值分析工程中对分析的方法的应用，对工程中存在的问题、采取的措施和对策进行总结和分析。从不同的方面的细节的问题的分析和研究是为了方便岩土工程数值分析的顺利进行。岩土工程数值分析师一个系统性的工作，每一个细节性的问题都会影响着工程的进展的情况。所以在各种的基础之上我们进行全方位的、多层次的研究和分析。这样能给广大的工程建设者和使用者提供必要的理论参考和一定的依据。

[1]刘怀恒,地下工程位移反分析—原理、应用及发展[J];西安矿业学院学报;1988年03期

[2]李云鹏,工程岩体力学参数的模糊选择[J];西安矿业学院学报;1993年04期

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1007-6344（2017）01-0300-01