浅谈有限元在岩土工程中的应用.pdf

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1、经济·管理·综述建材与装饰2015年1月浅谈有限元在岩土工程中的应用杨春孙佳佳（重庆科创职业学院建筑工程学院重庆永川402160）摘要：岩土材料有着非线性、各向异性等力学性质，因此岩土工程分析和设计通常是非常复杂，数值分析法和极限分析法虽然能够解一些岩土问题，但因其自身的局限性，应用受到限制。有限元分析法兼顾二者的优势，在处理岩土工程问题中有着明显的优势。关键词：岩土材料；数值分析法；极限分析法；有限元分析法中图分类号：TU43文献标识码：A文章编号：1673-0038（2015）05-0096-021有限元分析法泛用于边坡稳定性分析，通过不断的试算可以得到边坡的临界有限元分析（FEA，Fin

2、iteElementAnalysis）利用数学近似的破坏状态，边坡的位移场、应力场、安全系数、滑移面等。在用有方法对真实载荷工况进行模拟。将物体离散成简单而又相互作限元软件计算时，对边坡进行网格划分，还可以得到边坡内部任用的单元，用有限数量的未知量去逼近无限未知量的分析法。有意一点的应力-应变曲线，位移-时间曲线。2.2非线性弹性缷荷损伤的基坑工程有限元分析[4]限元分析是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。它将求解域看成是相互关联的无限小的子域组成，对每一单元假定一个利用损伤力学的力学知识及软土的力学实验建立软土的非合适的近似解，然后推导求解这个域中的满足条件（如结构的平线性弹性缷荷损伤模型

3、如下：衡条件），从而得到问题的解。因为实际问题被较简单的问题所d滓ij=Cijkld着kl+dCijkl着kl（2）代替，所以得到的结果不是解析解，而是近似解。由于大多数实式中：Cijkl为损伤土的有效弹性矩阵分量。际问题难以得到解析解，用近似解来代替解析解是行之有效的根据建立的模型编制相应的程序，对基坑进行有限元分析并方法。有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而与实验测量结果进行对比，结果表明有限元分析结构与实际结成为各行各业来解决实际问题的方法。构能很好的吻合。近年来，随着计算机的飞速发展，有限元方法迅速从结构工2.3有限元法用于岩土工程材料的数字成像分析[5]程强度分析计算扩

4、展到几乎所有的科学技术领域，如机械、电磁岩土工程材料是非均质材料，其力学性质受多种因素影响，学、热力学、土木工程等，成为一种丰富多彩、应用广泛并且实用其中细观结构对岩土工程材料的力学性质有着密切的联系。人高效的数值分析方法。们在研究岩土材料的力学特性时，往往重视其传统的力学性质，2有限元分析法在岩土工程中的应用而细观方面的力学性质则关注较少。岳中琦等人认为一些传统的研究方法在分析岩土材料的力学性质时有很大的局限性，所2.1有限元法用于边坡稳定性分析（1）有限元极限平衡法[1]：极限平衡法是分析作用于不稳定土以利用有限元法的自动划分网格的功能并结合数字图像处理，可以从细观结构方面了解对岩土工程材

5、料性质的影响。同时，根体的静力平衡，根据摩尔-库仑强度准则来判定边坡稳定，可以据三维换原理用于空间立体的有限元分析。通过对花岗岩岩石描述为：试块进行分析，得到其内部材料分界面二值图，从图像中可以很子=c+滓tan准（1）容易分析出岩石的一些相关力学性质。式中：子-为剪应力；c-为内粘聚力；准-为内摩擦角；滓-为法向此外，有限元分析还广泛用于模拟隧道、地基、巷道的变形、应力。（2）容重增加法[2]：在保持内粘聚力和内摩擦角不变的情况力学分析中，一些大型的有限元软件还提供了二次开发程序接口，学者们可以利用自己编制的有限元程序进行岩土工程问题下，选取一个重力加速度进行试算，如果收敛，则说明边坡处于分

6、析。稳定状态，增加重力加速度直到计算程序不收敛为止，则表明边坡处于临界状态。3结论（3）强度折减法[3]：将岩土材料的内粘聚力c和内摩擦角准岩土工程问题通常是非常复杂的，用有限元法来模拟工程问进行折减后，再进行有限元分析，根据计算得到的位移场再进行题得到近似解对我们进行岩土工程设计和施工是非常有必要稳定性判断。在强度折减法中对根据岩土工程出现的破坏的不的。目前，有限元法广泛用于分析大量的岩土工程问题。同情况来定义安全系数的，即通过不断降低岩土强度来保证有限元计算达到收敛，实际上，用强度折减法定义的安全系数是偏参考文献安全的，是强度贮备安全系数。随着计算机的飞速发展和大型软[1]郑炳寅，张谦.土

7、坡边坡稳定分析中极限平衡法与有限元法的对比[J].件（ABAQUS、ANSYS、MIDAS、FLAC等）的出现，强度折减法被广新技术新工艺，2010（4）：36~38.[2]姚激，李泽，王会云.容重增加法分析边坡稳定性的研究[J].路基工程，·96·2015年1月建材与装饰经济·管理·综述边坡变形作用下坡地建筑结构的力学行为刘颖（无锡太湖学院江苏无锡214064）摘要：在山地结构的建立过程中，不等