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1、岩土数值分析 课后学习 一 岩土数值分析是定性分析 还是定量分析 1 关于边界元法 市面上为何几乎没有相关商用软件 2 何为岩土数值分析的半解析解 3 差分方程的概念 差分法的应用和局限性 4 岩土工程数值分析方法的关键缺陷 5 定量分析 指分析一个被研究对象所包含成分的数量关系或所具备性质间的数量 关系 也可以对几个对象的某些性质 特征 相互关系从数量上进行 分析比较 研究的结果也用 数量 加以描述 定性分析 主要任务是确定物质 化合物 的组成 只有确定物质的组成后 才 能选择适当的分析方法进行定量分析 如果只是为了检测某种离子或 元素是否存在 为分别分析 如果需要经过一系列反应去除其他干扰
2、 离子 元素或要求了解有哪些其他离子 元素存在 为系统分析 结构工程 误差来源少 岩土工程 误差来源多 结构工程 的边界条件 节点处几何模拟 有限元数值分析可用 于定量分析 岩土工程 材料特殊 初始条件 边界条件复杂 数值分析结果 是综合判断的重要依据之一 同行意见 建立工程类别 岩土类别和区域性特性影响的工程使用本构模 型 是岩土工程数值分析发展的方向 个人见解 大数据时代 边界元法 定义 边界元法是在定义域的边界上划分单元 用满足 控制方程的函数去逼近边界条件 通过对边界分元插 值离散 化为代数方程组求解 离散化所引起的误差仅来源于边界 因此计算精 度较高 缺点 1 它的应用范围以存在相应
3、微分算子的基本解为前提 2 对于非均匀介质等问题难以应用 3 它建立的求解代数方程组的系数阵是非对称满阵 对解题规 模产生较大限制 适用范围 半无限体 岩土工程数值分析方法 半解析数值值方法 9 解析与数值结合法 是指在数值分析中采用与引入部分解析解法或解析函数 而最终得到的仍是一系列离散化数值结果的分析方法 这是一种半解析 半数值的计算方法 一个成功的半解析法吸收了解析法结果准确和数值方法 主 要是有限元法 处理边界灵活的优点 可以在明显减少计算量 的同时提高计算精度 具体如下 相比较半解析解优点 第一 利用已有的解析法研究成果 有针对针对 性地部分替代离散 与插值值 会明显显改善纯纯数值值
4、方法的不足 10 第二 以前用纯解析方法所不能解决的问题 也会由于采用部 分离散 插值和数值求解而得到实用的结果 第三 半解析数值值方法则则将由人来完成诸诸如一维维解函数 基本解 通解等较为规则简单较为规则简单 情况下的理论论分析工作 而由 计计算机来进进行降维维后的低维维离散过过程的求解工作 这这种人机 恰当分工将会取得纯纯数值值与纯纯解析方法所不能达到的效果 11 第四 半解析数值方法将可以大大减少计算工作量 节 约了储存空间和计算时间 提高了精度 从而应用于三维无 限域的岩土工程问题计算中 岩土工程数值分析方法的关键缺陷 岩土数值值分析存在的关键问题键问题 是边边界问题问题 12 就数值
5、分析的方法而言 如有限元 离散元 FLAC等 这些方法无论是 理论还是商业开发方面其实都已经很成熟了 但是要用这些方法确切地表达 复杂的地质体却是一个始终没有解决的问题 比如 离散元方法 能够计算复杂裂隙块体体系的问题 其甚至是大变 形的问题 但是离散元本身并没对在计算之前如何才能建立一个合理 可 靠的复杂裂隙系统提供任何有效的方法 岩土工程数值分析方法的关键缺陷 这这就使得岩土工程数值计值计 算的地质质力学模型带带来了很大的随意性 从而 也使岩土工程中的计计算结结果定量化问题问题 不能真正的实现实现 13 所以到目前为为止 研究计计算工程文章很多 但是真正用于实际实际 工程的数 值值分析方法
6、 例如有限元法等 却很少 部分原因在与有较较多的不成功应应 用的实实例 问什么会出现这样的情况主要有以下两点 1 对对岩土工程数值值分析方法缺乏系统统的认识认识 和深入的理解 出现问题时现问题时 不知道在何 种情况下属于理论问题论问题 或建模问题问题 在什么情况下属于计计算方法问题问题 或本构模型问题问题 在什么情况下是参数的确定问题问题 或计计算本身的问题问题 等 14 2 各种本构模型固有的局限性 具有多相性土的物理力学性质质太复杂杂 难难以准确地用 数学模型和本构模型描述 4有限差分法 差分方程的概念 f差分方程是微分方程的离散化 一个微分方程不一定可以解出精确的解 把它 变成差分方程
7、就可以求出近似的解来 f差分方程 一阶前差分方程 其他类型的差分方程 前差分 后差分 中心差分 显式与隐式差分方程 f显式差分方程方程 差分方程中可逐层或逐点分别求解的格式 f隐式差分方程 需要联立方程组求解的差分方程 显式与隐式差分方程的优缺点 f显式差分方程 优点 不需联立方程求解 缺点 步长需足够小 否则会产生较大误差 误差积累 f隐式差分方程 优点 不受步长限制 缺点 需要联立方程求解 有限差分法的优势与局限性 f优势 物理意义清晰 推导与计算简单 f局限性 网格效应严重 网格划分没有有限元灵活 难于非线性求解 难于求解复杂边界 结果可能不稳定 岩土通用软件及其他常用软件 GEO SL
8、OPE Offical WebSite www geo slope comSLOPE W 专业的边坡稳定性分析软 件 全球岩土工程界首选的稳定性分析软件 SIGMA W 专业的岩土工程应力应变分析软件 完全基于土 岩 体本构关系建立的专 业有限元软件 AIR W 专业的空气流动分析软件 首款处理地下水 空气 热相互作用的专业岩土软 件 Seep3D 三维渗流分析软件 是GeoStudio2007专门针对工程结构中的真实三维渗流 问题 而开发的一个专业软件 Seep3D软件将强大的交互式三维设计引入饱和 非饱和 地下水的建模中 使用户可以迅速分析各种各样的地下水渗流问题 特点 GeoStudio
9、其实就是从鼎鼎大名的GEO SLOPE发展起来的 以边坡分析出名 扩展到 整个岩土工程范围 基于 NET平台开发的新一代岩土工程仿真分析软件 尤其是 VADOSE W模块是极具前瞻性的 环境岩土工程分析的利器 遗憾的是其模块几乎都只 提供平面分析功能 Plaxis Offical WebSite www plaxis nl Plaxis由著名的荷兰Delft技术大学 研制 多位国际知名的学者参与开发 其中包括清华大学宋二祥教授 拥有 全球超过6000位以上正版用户 计算结果得到广泛的认可 采用了高级的土 体本构模型 以模拟土体的非线性和时间相关型和各向异性 采用了独特的 方法计算静水孔隙压力和
10、超静水孔隙压力 因此可以用于分析非饱和土渗流 问题 采用了独特的方法用于土 结构相互作用问题的分析 程序界面友 好 可以使用户可在很短的时间内成为有限元分析的行家里手中利器 主要 模块如下 平面有限元分析程序Plaxis 三维隧道分析程序Plaxis 3D Tunnel 三维基础工程分析程序Plaxis 3D Foundation 动力分析模块Plaxis Dynamic 渗流模块PlaxFlow Z Soil PC Offical WebSite www zace com Z Soil PC由瑞士 Zace Services Ltd从1984年开始研制 Z Soil PC 是迄今为止功 能最
11、为强大的岩土工程有限元计算程序之一 能够分析几乎 所有的岩土工程问题 还是全球第一款完全整合的岩土有限 元分析软件 使用统一的方法进行稳定性 固结 渗流 蠕 变 开挖和土 结构共同作用等不同的岩土问题 完全模拟 岩土工程中的自然过程 而不需要将软件分割成为各个功能 单一的计算模块 还能够进行结构工程 房屋 桥梁等 的有限 元仿真计算 所以特别适于解决土 结构共同作用问题 即使 单独用于解决结构工程问题 相比于专业的结构仿真分析软 件也毫不逊色 MIDAS Family Program的市场占有率排第一位 在用户最满 意的产品中也始终排在第一位 主要模块如下 建筑结构通用分析与设计系统 MIDA
12、S Gen 桥梁工程通用分析及设计系统 MIDAS Civil 楼板与筏式基础分析与设计系统 MIDAS SDS 有限元网格划分与建模系统 MIDAS FX 隧道工程通用分析及设计系统 MIDAS GTS ABAQUS 是一套功能强大的工程模拟的有限元软件 其解决 问题的范围从相对简单的线性分析到许多复杂的非线性问题 ABAQUS 包括一个丰富的 可模拟任意几何形状的单元库 并拥 有各种类型的材料模型库 可以模拟典型工程材料的性能 其中 包括金属 橡胶 高分子材料 复合材料 钢筋混凝土 可压缩 超弹性泡沫材料以及土壤和岩石等地质材料 作为通用的模拟工 具 ABAQUS 除了能解决大量结构 应力 位移 问题 还可以 模拟其他工程领域的许多问题 例如热传导 质量扩散 热电耦 合分析 声学分析 岩土力学分析 流体渗透 应力耦合分析 及压电介质分析 PPT模板下载 行业PPT模板 节日PPT模板 PPT 素材下载 PPT背景图片 PPT图表下载 优秀PPT下载 PPT教程 Word教程 Excel 教程 资料下载 PPT 课件下载 范文下载 试卷下载 教案下载 谢谢观看 第一PPT模板网 WWW 1PPT COM
