浅谈各种数据分析方法在岩土工程中的运用比较

边界元法在岩土工程中的应用

 

1. 1 边界元法的基本原理

边界元法,顾名思义,就是只在边界上剖分单元,把边界分方程转变为线性代数方程,从而得出各边界单元处特定的边界值,然后再利用把边界值同域内数值联系起来的解析公式,这样就可以将计算区域内的任何一点的函数值求算出来。

按照边界元法的求算途径可分为两种类型: 直接法和间接法,前者利用具有明确物理意义的变量来建立边界积分方程; 后者却是利用不很明确的变量,一般,边界被加上了虚拟力和虚拟位移,这种虚拟力和虚拟位移是按照一定规律分布的,作为基本未知数,建立离散化的方程,待求出这些变量后再计算边界域内的位移和应力。

1. 2 边界元法在岩土工程中的应用

在深基坑工程支护方式中,土钉墙越来越多得应用于工程中。一般方法中,人们将主动区视为刚形体,用安全系数数值的大小来判断土钉墙的安全可靠性。在实际的工作中,土钉墙主动区并非刚性体,它会随着开挖深度等因素的不同而发生大小不同的变形,所以,极限平衡法的应用有一定的局限性。另外,有限元法也有应用在分析土钉墙稳定性的案例,用位移或应力值的大小来反映它的受力机制和状况。虽然,在一定程度上,与极限平衡法相比,有限元法要相对合理一些,但是它和在工程中广为应用的安全系数直接联系起来较为困难,加上在计算过程中所需土体参数常规实验不易确定等因素,在工程中的应用也受到了一定程度的限制。通过分析深基坑工程中土钉墙力学性状和对实际应用的分析,对提出的拥有土钉墙安全系数意义上的弹塑性边界元法的合理性给予了合理性证明。工程实践证明,边界元法是较为理想的数值分析方法。

2 非线性数值分析在岩土工程中的应用

下面本文将以 FLAC 为例对有限元非线性分析法在岩土工程中的应用进行简要分析。

2. 1 FLAC的基本原理

FLAC,即快速拉格郎日差分分析,是力学计算的数值分析方法之一,主要应用于岩体力学中分析计算一般岩石的应力和应变。它的基本原理类似于离散元的机构,但它使用于多种材料模式与边界条件的非规则区域的连续问题求解。在求解过程中,不需要求解大型刚度方程组。相比于以往的差分分析方法,FLAC 可以对连续介质进行大变形分析,另外,还可以模拟岩石沿某一软弱面产生的滑动变形。

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