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1、’离散元法的进展及其在岩土工程中的应用东北工学院王泳鑫提要,,离散元法是一种适用于节理岩石力学分析的数值方法近年来有迅速的发展不但。可以解决准静间题还可以解决动力间题现在已经发展到可以用来对三维不连续系统的复。,杂的相互作用进行分析和模拟本文叙述了离散元法在国内外的发展三维问题的基本原理。以及若干工程应用的例子一、概述,,,岩体是一种地质材料它经受长期的地质作用在一定的地质环境中形成一定的结构。呈现出宽广和多变的材料响应范围岩体与一般工程材相比的最大特点是岩体一般多具有·裂缝且为层面和节理面所切割,具有结构上的不连续性其实岩体结构的连续性和
2、不连续性。,,都是相对的如图所示当取样范围小时可能碰到完整岩石逐渐扩大取样范围则是节理岩体。完整岩石单节理双节理多节理岩体图从完整岩石到节理岩体国家自然科学基金与国家教委博士点基金资助项目岩体的性质决定于组成岩体的完整岩石的力学性质以及岩体在漫长的地质年代中遭受多次应力变化所产生的不连续面的数量和性质在这两种控制岩石力学特性的因素中何者,。,重要则要看工程的规模和不连续面数量的关系而定一般从宏观意义上说岩体可以看作,。连续介质这样就可以用弹性力学或塑性力学的方法来进行计算在某些情况下岩体却不能,,图等,视作连续介质如露天边坡节理岩体
3、中的巷道这时就不适宜用处理连续介质的乎一况翻最大胃落高度己一匕巨少图节理岩体中的巷道。,。力学方法来进行计算于是离散元法作为一种处理节理岩体的数值方法就应运而生二、‘离散元法的发展。叨。一幻,离散元法是于年提出来的该法适用于在准静力或动力条件下的节,。理系统或块体集合的力学间题最初系用来分析岩石边坡的运动到年二维的离散元,,,法程序趋于成熟闭当时已有屏幕图形输出的交互会话功能但由于计算机内存的限制不,,少程序段系用编语言写成到!年才全部翻译成的文本印作为离散元法的。基本程序与此同时劝和
4、妞还开发了二维园形块体的工乙程序。一用于研究顺,侧犯,粒介质的力学行为特别是所得结果与等人用光弹技术实验结果极为吻合使。程序在研究顺粒介质的本构方程方面大放异彩,从口佣于年开发了离散元法与边界元法藕合的半平面间题的程序并用以计算。节理和断裂介质中的应力分布间题由。助血于年开发了包括前处理和后处理的离散元法和边界元法拥合的程序翌,,年他到澳大利亚英联邦科学与工业发展组织的岩土力土研究所修改了他原先的程序这个,修改后的程序文本称为
5、汀功能更为强大,,它包括一个前处理的程序类似于有限元法程序中的自动划分网格一个与边界元。法报合的程序!和一个离散元法程序!。川,,于年就开始研究块体在受力后根据破坏判据允许断裂的离散元法这显然是将块体视为刚体的离散元法的一个进步。川称这种方法叫血曰川。该程序最后于年完成。卜’,的微机版本称为“。!!,。现已广泛用于岩石力学和采矿工程已公认为对节理岩体进行数值模拟的一种有效方法国,,际上已成立了用户小组
6、这个小组每年印发几次通讯及时交流使用经验和对。程序的修改和更新,,至于三维离散元的发展则要迟些其主要原因是数据结构复杂要求计算机应具有较大。的容量三维离散元法的程序曰已由!与,,毛让￡人咨询集团于年开发出来川其基本原理同一样但是数据结构有了较大的改进。以适应三维间题的特点。与二维月比程序相应的有三维的球体程序称为,〔,,,三维间题的离散元法目前尚处于试验阶段但它的算法已基本成熟一可以予期随,。着大容量计算机的普及三维离
7、散元法用于解决工程实际间题将指日可待年月由美国科学基金会和柯罗拉多矿业学院发起召开了全美第一届离散元法,,讨论会会上除了检阅近年来使用离散元法的成就外还特别提出了由于超级计算机并行算法。和面向目标的编程技术的应用将对离散元法的发展产生的巨大影响、〕列出了近十几年国外发展和应用离散元法的其它主要文献以供参考。,。,离散元法在我国的研究和应用起步较晚但发展却非常迅速目前在我国的采矿工程,。岩土工程以及水利水电工程等科研与设计中得到应用呈方兴未艾之势王泳嘉和丑方禧于年第一届全国岩石力学数值计算及模型试验讨论会上首次向〔,
8、一哟我国岩石力学与工程界介绍了离散元法的基本原理及几个应用例子张清在他的书中。〔川也辟专门的一章介绍不连续岩体的计算模型和计算方法,离散
