地下工程稳定性分析方法浅谈-评职称__墨水学术,论文发表,发表论(2)

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量，根据块体在外力作用下的平衡条件、变形协调条件及块体之间夹层材料的本构关系，通过变分原理建立块体单元法的支配方程，用于确定块体位移及夹层材料的应力状态。该法可以解决非连续介质问题，特别适用于具有众多节理、裂隙岩体的变形、应力和地质结构面岩体的稳定分析，具有效率高、精度好等优点。但该方法将岩体完全离散化,这与实际岩体情况不太相符。
　　（5）有限差分法。为了克服有限元等方法不能求解大变形问题的缺陷，Cundall根据有限差分法的原理，提出了FLAC（FastLagrangianAnalysisofContinuum）数值分析方法。该方法采用了混合离散方法、动态松弛方法和显式差分法，不形成刚度矩阵，适合于模拟地质材料在达到强度极限或屈服极限时发生的破坏和塑性流动的力学行为；适合于模拟地质材料的大变形、失稳、动力、流变、支护和加固、建造及开挖等问题；同时，还可以模拟渗流场和温度场对岩土工程的影响。该方法与有限元方法相比，能更好地考虑岩土体的不连续和大变形特性，求解速度较快。其缺点是计算边界、单元网格的划分带有很大的随意性。
　　（6）边界元法。边界元法由英国学者Bribbia最先提出，并从20世纪60年代开始在工程计算中得到应用。该法将偏微分方程变换成求解对象边界上的积分方程式并将其离散化求解。由于变换成边界上的方程式使问题比解析对象降低了一维，对于一般的线性问题只需进行区域边界的单元分割，所以与有限元相比，具有计算时间短、计算范围大等特点，但边界元法系数矩阵是满阵，远比有限元刚度矩阵（带状稀疏阵）的结构复杂，且对奇异边界较难处理，对变系数、非线性等问题较难适应。
　　（7）块体-弹簧元分析法。Kawai于1987年提出了采用简化的刚性块体来模拟不连续介质的刚体弹簧元数值模型。它以单元形心的刚体位移为基本未知量，仅考虑单元之间缝面的变形协调和本构关系来建立求解的支配方程，确定缝面的相对位移和应力。该模型在分析节理岩体的稳定性时具有一定的优点，可以反映围岩不连续的变形和运动规律。
　　3模型试验方法
　　地下工程围岩稳定性问题的研究始终与模型试验相伴随，模型与实际工程问题的相似性是模型试验解决问题的关键。针对理论分析中的种种缺陷和不足，国内外不少学者开展了大量的模型试验研究工作，得出了许多有益的结论。如荷兰S.C.Ban-dis等进行了模拟高地应力条件下的圆形洞室开挖模型试验后认为：即使在超高应力条件下，围岩的各向异性性质还是很明显，其二次应力和变形都由岩体构造控制。模型试验方法多用于重要的难以用现场试验方法解决的复杂工程。
　　但是，模型试验尚难以实现时空模拟。从模型材料及其结构构造到模拟尺度、开挖步序、施工工艺等无不包含着诸多难以解决的问题。虽然在模型材料、模拟尺度、加载与控制系统、高精度开挖及位移（变形）监测系统等方面集中体现了国际上领先技术，为工程实施提供了参考，但仍然存在在时间模拟尺度上的缺憾，而时间的模拟远较其他几项模拟内容难度更大。然而，地下工程围岩稳定性分析的一个很重要的内容即是与时间有关的岩体特性的分布与变化。
　　另外，模拟参数越多，模拟理论越精细，模拟试验的复杂程度就越高，实现难度也越大。加之大尺度模拟试验耗资巨大，难以大量进行。这导致模型试验只能作为重大工程决策参考的依据之一。
　　4结论
　　围岩稳定性分析中存在基础理论不成熟、失稳判据难以确定、思维方式禁锢等问题。纵观围岩稳定性分析方法的发展及在实际工程中的应用，各种方法均不能真正圆满解决工程中的实际问题,同时，由于各种技术革新、数学、力学及计算机技术的快速发展等均不断地向理论分析提出新挑战，因此，对理论模型的辨识、本构关系、计算参数、仿真方法都需要作进一步的深入具体研究。
　

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