当前岩石力学数值计算方法应用探讨

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1、维普资讯http://www.cqvip.com2007年第12期西部探矿工程当前岩石力学数值计算方法应用探讨唐广慧，刘发祥，唐升贵，宋旭，伍锡举(1．昆明理工大学N土资源工程学院，云南昆明650093；2．贵州省有包地质勘查局，贵州贵阳550005)摘要：对几种常用岩石力学数值计算方法的优越性和局限性进行探讨，分析了岩石力学数值计算方法存在的瓶颈和当前解决这些问题的途径。关键词：岩石力学；数值计算；应用探讨中图分类号：TU458+．4文献标识码：B文章编号：1004—5716(2007)12—0025—05当前岩石力学数值计算方法得

2、到迅猛发展，出现了将地壳岩石看成粘性流体，对青藏高原中段进行了构有限差分、有限元、边界元、离散元、块体元、无限元、流造应力场和速度场的有限元模拟，模拟结果与构造勘形元及其混合应用等各种数值模拟技术，使复杂岩石力察、地震活动和GPS测量结果具有很好的一致性，较学工程问题的设计发生了根本性的变化u】。岩石力学好地揭示了青藏高原构造活动规律、断层活动强度和东数值计算不仅已基本上取代了传统线弹性力学实验，而向位移的驱动机理。且也在岩石工程非线性实验中显示出极大的优势。在1．2边界元法L2]中国，有限元法已不仅由线性发展到高度非线性和大变边界元

3、法在20世纪70年代中期得到迅速发展，在形问题，由二维发展到三维，同时，还可以考虑粘性流处理半无限域或无限域问题方面非常方便，适用于解决变、渗流与应力场耦合、损伤、断裂以及动力效应。国内岩石力学问题尤其是岩石力学中地下开采的有关问题。出现了一些享有声誉的有限元程序，如北京大学该法只在求解区域的边界上进行离散(剖分单元)，这样NOIM一83，清华大学的TFINE，西安科技学院NCAP就把考虑问题的维数降低了一维，这也是边界元法的优一2D程序等，这些程序均在许多大型岩石工程中得到点。另外，边界元法计算精度高，应力和位移具有同样了良好应用。

4、不同数值计算方法的结合，更能发挥各种的精度。当仅需要知道物体内部个别点的解时，有限元数值方法优势互补的作用，如有限元一边界元的混合、仍不得不剖分整个物体才能确定个别点的解，而边界元有限元一离散元的混合、有限元一无限元和有限元一块则可以在已知边界上的解后根据需要去求物体内部预体元的混合采用等。知点的解，这就可以比有限元大大地节省计算量和费然而，由于岩体具有非连续、非均质、各向异性、天用。但边界元法的系数阵是满阵，远比有限元刚度矩阵然初始地应力影响、地下水影响及复杂边界条件处理等(带状稀疏阵)的结构复杂。对于面体比比较大的薄壁诸多复杂性使

5、得当前岩石力学数值计算仍然是一个值结构等物体，边界元法不如有限元优越。且边界元法对得探讨的问题。奇异边界难于处理。另外，边界元法对变系数、非线性l常用岩石力学数值计算方法应用分析等问题较难适应，且它的应用是基于所求解的方程有无1．1有限元法L2基本解，因此，限制了边界元法在更广泛领域的应用。1966年，布理克(W．Blake)最先应用有限元法解然而，边界元法和其它数值方法联合使用，可为解决愈决地下工程岩石力学问题。目前，在岩石力学数值计算来愈广泛的问题开辟了新的途径。例如，在线弹性区域方面，有限元法主要用来求解线弹性、弹塑性、粘弹塑或

6、无限域、半无限域采用边界元法，在非线性的区域采性、粘塑性等问题，是地下工程岩体应力一应变分析最用有限元法，充分发挥各自的优势，使计算效率、计算精常用的方法。其优点是可以部分地考虑地下结构岩体度得到提高和改进．这对工程实际应用是很有意义的非均质和不连续性，可以给出岩体的应力、变形大小的”】。文献[4]讨论了边界元的应力不连续法和直接和分布，并可近似地依据应力、应变规律去分析地下结边界积分法，并用应力不连续法给出了位移不连续时的构的变形破坏机制。为了模拟岩体中存在的断层、节理解裂隙等结构面，考虑其非连续性，可按结构面的特征采1．3离散单元

7、法L2用不同的处理方法。王连捷、吴珍汉等人在文献[3]中，离散单元法(DistinctElementMethod)是2O世纪维普资讯http://www.cqvip.com西部探矿工程2007年第12期7O年代后发展起来的一种用于节理岩体应力分析的数形态。文献[7]利用离散单元法对盘石镍矿边坡进行稳值方法，特别适用于节理岩体及其与锚杆(索)的应力分定性分析和计算，计算结果与现场岩体位移进行比较表析。该方法以结构面切割而成的离散体为基本单元．其明两种结果吻合较好。几何形状取决于岩体结构中不连续面的空间位置及其1．4关键块理论j产状，应用

8、牛顿运动定律描述各块体的运动过程，块体关键块理论KB，r(KeyBlock，rheory)是在1985可以发生有限移动与转动，体现了变形和应力的不连续年首先由Goodman教授和石根华博士提出并用于工程性。离散单元法与有