胡巖土力學
關注創建者：我是小能 創建時間：2022-12-12
胡巖土力學的實例教程
為了保證巖土工程建設的安全性，在施工時要求具有特定地基和結構加固。實地測試的成本極高，因此仿真就顯得非常實用，甚至必不可少。人們開發了很多數值模型來深入研究土壤行為。在這里，我們將向您介紹 COMSOL Multiphysics 中用于研究土壤的運用最為普遍的模型，及對隧道開挖實例進行分析。
巖土工程快速入門
建筑界普遍存在這樣一個趨勢：海上結構物建造的水域越來越深；建筑物之間的距離越來越近；海上風力發電機建造在離海岸很遠的深海中，這使其可能面臨著極其嚴苛的負載條件。因此，近幾十年來，巖土工程師開發了多種數值仿真來應對這種建筑趨勢以確保建筑的安全性。
“Paris Metro construction 03300288-3″。已獲 Public domain 許可，通過 Wikimedia Commons 共享。
塑性與巖土材料
塑性是指材料能穩定地發生永久變形而不破壞其完整性的能力，金屬、土壤、巖石、混凝土等材料便具有這樣的特性。當造成彈性形變的應力上升到達一個特定的應力級別——屈服應力時，材料開始產生塑性形變。
彈/塑性行為是與路徑相關的，應力取決于材料的之前的變形行為。因此，塑性模型通常與應力變化速率直接關聯，而非應力和塑性應變。整個行業中應用最為廣泛、最著名的塑性模型是以 von Mises 屈服面為基礎的，該模型中塑性流動不因壓力的大小而改變。因此，屈服條件及塑性流動只以偏應力張量為基礎。
然而，因為分析土壤物質時需考慮摩擦和膨脹的影響，所以該模型對此類材料無效。讓我們來看看該如何解決這個問題，并簡單介紹一下 COMSOL Multiphysics? 仿真軟件中不同的土壤塑性模型。
土壤及巖石的塑性
對于土壤和巖石等材料，摩擦和膨脹的影響是不可忽略的。
展開 摘 要：本研究通過數值計算和室內實驗仿真的方式開展了對常規巖土力學試驗主應力組成分析與疲勞荷載的研究。進行了常規巖土力學試驗的仿真，并得出了主應力分布特點。通過建立疲勞仿真計算模型，對試件進行疲勞仿真驗證，針對四組不同算例對試件的疲勞荷載進行模擬分析。通過研究得出不同主應力組合對試件的疲勞荷載有著一定影響。
關鍵詞：常規;試驗;疲勞;組成分析;主應力;巖土力學;
1 常規巖土力學仿真中的主應力分布特點
為實現對巖土力學試驗的仿真，開展研究前，引進Mohr-Coulomb（莫爾-庫倫強度理論）、Drucker-Prager(DP準則），將其作為參照，進行巖土材料在力學性能試驗中應力分布的研究[1]。
在此過程中，Mohr-Coulomb理論提出，材料發生破壞行為，大多屬于剪切破壞，在此種條件下，破壞面上存在剪應力，而對應的剪應力可以用法向應力函數表示，表達式如下：
式中：τf代表材料發生破壞時，破壞面上的剪應力；f（σ）代表法向應力函數。根據上述函數，可以確定巖土材料的莫爾破壞包絡線，如圖1所示。
圖1 巖土材料的莫爾破壞包絡線
圖1中，A、B代表破壞面的兩個莫爾圓；O1、O2代表兩個任意點莫爾圓半徑；M、N代表破壞面的垂直包絡線[2]。設定一個參數為巖土材料的屈服系數，將其表示為Q,Q的計算可以通過下述公式得到。
式中：Q代表屈服系數；O1代表任意點莫爾圓半徑；O1M代表圓心到包絡線距離。根據實際情況，應明確Q的取值在0～1之間，當計算后發現Q的值>1時，說明在此種條件下，巖土材料樣件已在法向應力作用下，達到了屈服破壞程度。
在上述內容的基礎上，參照DP準則，進行巖土材料屈服應力的分析，在此過程中，可以將巖土材料的樣件假設為一個三維模型，模型在三個方向的主應力構成三維應力空間[3]。
展開 1 引言
在過去的一個筆記中，曾經提及過Comsol Multiphysics多物理場數值模擬軟件(最新發布的工業軟件(采礦,結構和數值模擬)，但這個軟件在巖土工程中很少用到。根據調查，GeotechSet數據集內僅包括了不到10篇相關文獻。本筆記簡述了Comsol的巖土力學模塊。
2 Comsol巖土力學模塊
Comsol的巖土力學模塊(Geomechanics Module)是結構力學模塊的附加模塊，如下圖所示。在軟件安裝時可以選擇該模塊，其中提供的工具將結構力學模塊擴展到巖土工程的定量研究，可以進行巖石力學和土力學的單一物理場和多物理場模擬，如隧道，開挖，邊坡穩定性及擋土結構，可以使用許多非線性巖土力學材料模型來研究土和巖石的變形，塑性，蠕變和破壞，以及它們與樁，支撐結構和其它人工結構的相互作用。這個模塊包含了廣泛的材料模型：
(1) 土力學模型：Drucker-Prager；Mohr-Coulomb; Modified Cam-Clay model; Hardening Soil model. 為了與FLAC的本構模型比較，可參考下述鏈接：
IMASS---FLAC3D和3DEC新的本構模型(2)
FLAC2D---過去，現在和將來
FLAC3D 7.0 新特性簡介(P3)---新的本構模型
(2) 用戶自定義的塑性、流動規則和硬化模型。
展開 PFC巖土力學仿真核心技術應用案例.doc
詳細文件可以看附件。
大概內容：
一、離散單元法及PFC基本原理
二、PFC5.0基礎：簡單的數值建模與分析
三、FISH語言：邁向高級模擬的必備技巧 實例分析 三軸試驗的模擬與分析 散粒體各向異性力學性質分析手段與技術
四、高級模擬：復雜數值模型技巧與分析 實例分析 巖石破裂的聲發射模擬與數學分析 顆粒形狀對其力學性質的影響與分析 等效巖體技術與應用實例
五、高級應用Ⅰ：流固耦合與離散-連續耦合分析 實例分析 DARCY滲流實例分析 PFC-FLAC耦合實例分析 樁-土相互作用的離散連續耦合實例分析
六、高級應用Ⅱ：巖土基本力學性質研究
5.1 基本數值試驗
5.2 土的強度與應力-應變關系分析：真三軸試驗模擬
5.3 顆粒破碎模擬分析
5.4 巖石破裂試驗模擬分析
5.5 循環單元試驗中荷載與排水條件的控制
5.6 巖土各向異性力學性質與組構發展分析
七、高級應用Ⅲ在工程實踐中的應用分析 實例1：堆石壩碾壓工程模擬分析
實例2：邊坡工程模擬分析
實例3：地下工程模擬分析
實例4： 建筑結構地震倒塌模擬分析
電話：13522797150
吳熠燦
展開 余海歲目前是英國諾丁漢大學巖土工程專業的教授和土木工程學院院長。他還是澳大利亞紐卡斯爾大學工程學院的助理院長。他于1987年在帝國理工學院獲得巖石力學專業理學碩士學位，并于1990年在牛津大學獲得土力學專業博士學位。因其對巖土力學理論的杰出貢獻，余教授于2000年被澳大利亞紐卡斯爾大學授予理學博士學位。
余教授主要研究領域為巖土力學的分析和計算，塑性和本構模型，巖土場地特性的原位土壤試驗和pavement geotechnics。余教授目前已出版專著四部，發表約論文和研究報告200余篇。由于杰出的研究工作，余教授被授予許多國際獎章和榮譽，如2004年獲國際土力學和巖土工程學會的first James K Mitchell Lecturer；2003年獲得Shamsher Prakas基金會的國際研究貢獻獎；2000年獲英國土木工程協會最高榮譽的Telford金獎；1998年獲澳大利亞巖土力學學會杰出成就Trollope獎。余教授創辦了諾丁漢大學巖土力學中心（NCG）并擔任主任，創辦了國際學術期刊Geomechanics amd Geoengineering并擔任總編輯，此外還擔任其它幾個重要的國際學術期刊，如International Journal of Geomechanics，Geotechnique，Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering等的編委。余教授自2002-2005年擔任英國巖土工程學會（BGA）常務理事，擔任國際土力學和巖土工程協會（ISSMGE）技術委員會TC3和TC16委員，美國土木工程學會(ASCE)委員。
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摘 要：本研究通過數值計算和室內實驗仿真的方式開展了對常規巖土力學試驗主應力組成分析與疲勞荷載的研究。進行了常規巖土力學試驗的仿真，并得出了主應力分布特點。通過建立疲勞仿真計算模型，對試件進行疲勞仿真驗證，針對四組不同算例對試件的疲勞荷載進行模擬分析。通過研究得出不同主應力組合對試件的疲勞荷載有著一定影響。
關鍵詞：常規;試驗;疲勞;組成分析;主應力;巖土力學;
1 常規巖土力學仿真中的主應力分布特點
巖土力學是一個多方面的領域，主要研究巖石和土壤在力學行為方面的性質，以及它們在工程和地質環境中的應用。
§ 地質工程：用于設計和施工地基、隧道、邊坡等地質工程。
§ 礦山工程：用于設計和施工礦井、采場等礦山工程。
§ 水利工程：用于設計和施工水壩、堤防等水利工程。
§ 交通工程：用于設計和施工路橋等交通工程。
以下是巖土力學研究的一些主要方面
為了保證巖土工程建設的安全性，在施工時要求具有特定地基和結構加固。實地測試的成本極高，因此仿真就顯得非常實用，甚至必不可少。人們開發了很多數值模型來深入研究土壤行為。在這里，我們將向您介紹 COMSOL Multiphysics 中用于研究土壤的運用最為普遍的模型，及對隧道開挖實例進行分析。
巖土工程快速入門
建筑界普遍存在這樣一個趨勢：海上結構物建造的水域越來越深；建筑物之間的距離越來越近
南昌大學是國家“雙一流”計劃世界一流學科建設高校、教育部與江西省部省合建高校、國家“211工程”重點建設高校、江西省高水平大學整體建設高校。
南昌大學水工與環境巖土力學團隊主要研究內容包括水工巖土多場耦合效應、環境巖土、水工巖土精細仿真與數字孿生、水工巖土災變感知與智能預警等四個方向，帶頭人為周創兵教授（南昌大學校長，國家973首席科學家，杰出青年基金獲得者，中國巖石力學與工程學會副理事長
1 引言
在過去的一個筆記中，曾經提及過Comsol Multiphysics多物理場數值模擬軟件(最新發布的工業軟件(采礦,結構和數值模擬)，但這個軟件在巖土工程中很少用到。根據調查，GeotechSet數據集內僅包括了不到10篇相關文獻。本筆記簡述了Comsol的巖土力學模塊。
2 Comsol巖土力學模塊
Comsol的巖土力學模塊(Geomechanics Module
2018年7月11-13日，正值盛夏時節，涼爽大連迎來“第五屆國際巖土介質破裂力學學術研討會暨中國力學學會巖土力學專業委員會系列年會”。大會由中國力學學會巖土力學專業委員會主辦，大連理工大學、澳大利亞聯邦科學與工業研究院能源部、山東科技大學礦業學院共同承辦。會議以特邀報告、邀請報告、主題報告等形式展開交流，旨在為與會專家、青年學者、企業等提供一個與國內外知名學者互動和學術交流的機會，以促進巖土工程中破裂力學及硬巖學科的深入發展
PFC巖土力學仿真核心技術應用案例.doc
詳細文件可以看附件。
大概內容：
一、離散單元法及PFC基本原理
二、PFC5.0基礎：簡單的數值建模與分析
三、FISH語言：邁向高級模擬的必備技巧 實例分析 三軸試驗的模擬與分析 散粒體各向異性力學性質分析手段與技術
四、高級模擬：復雜數值模型技巧與分析 實例分析 巖石破裂的聲發射模擬與數學分析
余海歲目前是英國諾丁漢大學巖土工程專業的教授和土木工程學院院長。他還是澳大利亞紐卡斯爾大學工程學院的助理院長。他于1987年在帝國理工學院獲得巖石力學專業理學碩士學位，并于1990年在牛津大學獲得土力學專業博士學位。因其對巖土力學理論的杰出貢獻，余教授于2000年被澳大利亞紐卡斯爾大學授予理學博士學位。
余教授主要研究領域為巖土力學的分析和計算，塑性和本構模型，巖土場地特性的原位土壤試驗和
