1、对岩土工程数值分析的有益思考【摘 要】岩土工程的分析是一项非常复杂的工程，一般情况下，对于该种问题的解决常常使用物理模型与数学解题结合的方式进行，岩土与其他的物质有着较大的不同，岩土是大自然长期运转过程中的产物，在同一地区的同层土壤之中，岩土沿垂直与水平方向会表现出一种较为复杂的性质，岩土是固相、气相与液相的多相体，在不同的状态下，固相、气相与液相会相互转换，这就导致岩土初始应力场难以确定，因此，必须要采用科学合理的方式对岩土工程的数值进行分析，本文主要分析岩土工程数值分析方式。 【关键词】岩土工程；数值分析；分析 我国岩土工程力学的发展距今已经有 40 余年的时间，在岩土工程力学变形计算之中
2、，土地被视作弹性体，在稳定分析中，土地被视作刚塑性体，稳定分析与变形计算是两种不同的关系，为了将其联系起来，一些专家学者建立了现代土力学，并使用了统一的应力应变强度关系进行计算，这样就很好的将变形计算以及稳定分析联系起来，下面就对岩土工程数值分析进行深入的探讨。 1、岩体工程分析过程的关键问题 岩土工程的分析是一项非常复杂的工程，一般情况下，对于该种问题的解决常常使用物理模型与数学解题结合的方式进行，要解决这类相关的问题，需要使用几种方式，若建立连续介质力学模型后，在求解时应该建立好木构方程、包含小应变分析与大应变分析的几何方程、包含动力与静力的运动微分方程。在进行求解时，需要确定好边界条件与
3、初始条件，这几类条件确定后，才能够得出方程答案。如果工程问题较为复杂，那么就需要使用数值分析的方式进行解决，如果使用连续介质力学模型进行求解，就要注意到边界条件、初始条件以及木构方程的不同，如果材料为线性弹性体，即可遵照虎克定律进行解决。 如果将岩土材料作为多相体，就可以使用介质力学模型进行分析，为此，需要参考由力学与渗流本构方程组成的本构方程，包含小应变与大应变分析组成的几何方程，由有效应力相加得出的总应力，总体积变化与相体积变化组成的连续方程以及动力分析和静力分析组成的运动微分方程。 通过以上的对比可以分析出，多相体包含有效应力原理以及连续方程两种方程，此外，还包含渗流本构方程。在不同的问
4、题之中，连续方程、几何方程、运动微分方程以及有效应力原理表达式相同，但是本构方程不同。对于边界条件以及初始条件的求解，可以使用数值分析法进行，在分析岩土工程问题时，也能够使用连续介质力学模型，在使用连续介质力学模型时，边界条件、初始条件与本构模型均不同，在进行分析时，边界条件与初始条件一般很容易确定，但是应力-应变的关系就相对较为复杂，此外，在使用本构模型时，对于计算结果也会产生较大的影响。因此，在具体的分析过程中，必须要使用树脂分析的方式，考虑到单元法对于边界条件与初始条件有着一些限定，本构方程适应性也相对较差，因此，要解决岩体工程的数值分析问题，必须要使用连续介质力学模型进行。 2、岩土本
5、构理论的发展 力学中的虎克定律是一种简单的本构关系，岩土与其他的物质有着较大的不同，岩土是大自然长期运转过程中的产物，在同一地区的同层土壤之中，岩土沿垂直与水平方向会表现出一种较为复杂的性质，岩土是固相、气相与液相的多相体，在不同的状态下，固相、气相与液相会相互转换，这就导致岩土初始应力场难以确定；同时，土的变形、强度、渗透特性的确定也较为困难，其变形、强度与渗透特性与矿物成分、形成历史以及环境因素息息相关，与岩土的应力状态、加荷速率、结构、水平、应力路径、应力状态有着密切的关系，可以看出，岩土本构关系十分复杂，这就导致本构模型的建立出现一些困难。根据介质力学理论，必须要考虑到区域性特征以及工
6、程的实际情况，并将其结合起来才能够建立起科学的本构模型，再根据实际情况分析岩土的工程数值，这样才能够分析出准确的岩土数据。 有关的专家学者认为，对于岩土本构模型的研究应该包括两种，即科学型模型与工程实用性模型，科学型模型能够反映和揭示一些特殊的规律，如主应力轴旋转问题、土体剪胀性等等，这种模型虽然全面性相对较差，但是能够反映出一个以及几个特殊规律；与科学型模型相比而言，工程使用型模型较为实用、简单，参数也相对较少，更加容易测定，能够用于具体工程的分析过程中，因此，该种模型的应用范围也较为广泛，在实际的应用过程中，除了要建立模型外，还要考虑到地区经验的问题。 3、数值分析在岩土工程分析过程中的价
7、值与地位 岩土材料是自然的产物，具有区域性的特征，其应力场较为复杂，测定工作较为困难，岩土中的本构关系也较为复杂，就现阶段来看，尚未出现得到工程师普遍认可的本构模型。目前，结构工程使用的材料均为钢材与钢筋混凝土，这些材料的均匀性较为理想，材料本身导致的误差也较小，但是岩土工程使用的材料均为岩土，这种材料的均匀性较差，由于材料本身产生的误差也较大。因此，在进行几何模拟的过程中，应该对工程的柱、梁与板进行单独的分析，以便最大限度的降低由于材料产生的误差。但是在分析复杂结构时，如果节点模拟工作未处理好，也会出现较大的误差，因此，必须要做好节点模拟工作。此外，在岩土工程之中，如果有超过两种以上的材料，
8、那么界面模拟也会出现较大的误差。在本构模型的建立方面，考虑到结构工程的原始材料本构关系相对简单，因此，在建立本构模型时，可以使用线性关系进行，这样即可很好的降低模型的误差。在模型参数的测定方面，考虑到本构模型有着较大的误差，结构工程的初始应力较小，难以测定，对于数值也有着较大的影响，因此，工程分析可以使用线性本构关系，在分析的过程中，需要迭代，在分析的过程中可能会出现较大的误差。 根据对岩土工程以及材料的特性分析可以得出，对于岩土工程的数值分析仅仅只能进行定性分析，其数值的分析结果也是工程师进行判定的主要依据。 4、结语 考虑到岩土工程边界条件与初始条件的复杂性，现阶段的岩土工程数值仅仅只能用
9、作定性分析，因此，在工程设计的过程中，必须要重视概念设计的作用，将其与工程师的判断进行有机结合。此外，为了提升数值分析的准确性，需要根据工程的实际情况多建立几个本构模型，这样才能够促进数值分析在岩土工程中的广泛应用，同时，岩土工程师必须要充分的掌握地质情况与工程性质，使用科学的物理模型，采取科学的方法进行分析与计算，在计算的过程中应该遵循因地制宜的守则，把握好主要矛盾与次要矛盾之间的关系，这样才能够提升数值分析的准确性。 参考文献： 1龚晓南.对岩土工程数值分析的几点思考期刊论文.岩土力学，2011（02） 2GONG Xiao-nan. Prospects for the developme
10、nt of geotechnical engineering in the 21st centuryJ. Chinese Journal of Geotechnical Engineering， 2009， 22（2） 3GONG Xiao-nan. A survey report： the actuality of numerical analysis in Chinese geotechnical engineeringJ.Ground Improvement， 2010， 21（4） 4Ou Subei； Wang Lianguo； Wang Peipei； Wang Zhansheng； Huang Jihui； Zhou Donglei. Numerical analysis of seepage flow characteristic of collapse column under the influence of miningJ. International Journal of Mining Science and Technology，2013（03） 5田生福.浅谈岩土工程中数值分析的几点思考期刊论文.门窗，2013，02（20）
