巖土力學(xué)
關(guān)注創(chuàng)建者：姜訊 創(chuàng)建時(shí)間：2016-11-30
巖土力學(xué)的視頻教程
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Matlab繪制摩爾庫倫（MC）屈服面
巖土力學(xué), 31(7), 2051–2058. https://doi.org/10.16285/j.rsm.2010.07.041
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巖土力學(xué)的實(shí)例教程
巖土力學(xué)中常用的軟件：
§ Plaxis：用于地下工程和邊坡穩(wěn)定性分析的有限元軟件。
§ Geostudio：包括Slope/W、Seep/W、Plaxis 2D等模塊，用于巖土和地下水?dāng)?shù)值建模。
§ Phase2：用于地下結(jié)構(gòu)的有限元軟件，特別適用于巖石力學(xué)問題。
§ FLAC：離散元法軟件，用于分析巖石和土壤的變形和斷裂。
§ ANSYS：通用有限元分析軟件，可用于巖土力學(xué)和地質(zhì)工程問題的建模和模擬。
§ UDEC：離散元軟件，用于模擬巖土的破碎、變形等行為。
§ PFC：粒子法軟件，用于模擬巖土的流動(dòng)、滑動(dòng)等行為。
以下是一些巖土力學(xué)計(jì)算中常用的優(yōu)化方法：
§ 網(wǎng)格劃分優(yōu)化：通過優(yōu)化網(wǎng)格劃分，可以減少計(jì)算量和提高計(jì)算精度。
§ 算法優(yōu)化：通過改進(jìn)算法，可以提高計(jì)算效率。
§ 并行計(jì)算：通過采用并行計(jì)算，可以充分利用多核處理器的優(yōu)勢(shì)，提高計(jì)算效率。
巖土力學(xué)最大計(jì)算瓶頸：
§ 巖土體具有復(fù)雜的幾何形狀和力學(xué)性質(zhì)：巖土體通常具有復(fù)雜的幾何形狀，如不規(guī)則的巖層、斷層、裂隙等。此外，巖土體的力學(xué)性質(zhì)也非常復(fù)雜，包括強(qiáng)度、剛度、塑性、粘性等。這些因素都給巖土力學(xué)計(jì)算帶來了挑戰(zhàn)。
§ 巖土體之間的相互作用復(fù)雜：巖土體之間存在著復(fù)雜的相互作用，如摩擦、粘結(jié)、接觸等。這些相互作用通常難以準(zhǔn)確描述，給巖土力學(xué)計(jì)算帶來了困難。
§ 巖土力學(xué)計(jì)算量大：巖土力學(xué)計(jì)算通常涉及大量的計(jì)算量，這對(duì)計(jì)算機(jī)硬件和軟件提出了較高的要求。
最大計(jì)算瓶頸通常取決于問題的規(guī)模和復(fù)雜性，但巖土工程中常見的挑戰(zhàn)之一是模擬非線性和動(dòng)態(tài)行為，這可能需要大量的計(jì)算資源和時(shí)間。大型地下工程和巖石動(dòng)力學(xué)問題可能需要大規(guī)模的并行計(jì)算，這可能會(huì)對(duì)計(jì)算資源、內(nèi)存和存儲(chǔ)容量提出高要求。
展開 摘 要：本研究通過數(shù)值計(jì)算和室內(nèi)實(shí)驗(yàn)仿真的方式開展了對(duì)常規(guī)巖土力學(xué)試驗(yàn)主應(yīng)力組成分析與疲勞荷載的研究。進(jìn)行了常規(guī)巖土力學(xué)試驗(yàn)的仿真，并得出了主應(yīng)力分布特點(diǎn)。通過建立疲勞仿真計(jì)算模型，對(duì)試件進(jìn)行疲勞仿真驗(yàn)證，針對(duì)四組不同算例對(duì)試件的疲勞荷載進(jìn)行模擬分析。通過研究得出不同主應(yīng)力組合對(duì)試件的疲勞荷載有著一定影響。
關(guān)鍵詞：常規(guī);試驗(yàn);疲勞;組成分析;主應(yīng)力;巖土力學(xué);
1 常規(guī)巖土力學(xué)仿真中的主應(yīng)力分布特點(diǎn)
為實(shí)現(xiàn)對(duì)巖土力學(xué)試驗(yàn)的仿真，開展研究前，引進(jìn)Mohr-Coulomb（莫爾-庫倫強(qiáng)度理論）、Drucker-Prager(DP準(zhǔn)則），將其作為參照，進(jìn)行巖土材料在力學(xué)性能試驗(yàn)中應(yīng)力分布的研究[1]。
在此過程中，Mohr-Coulomb理論提出，材料發(fā)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(yīng)力，而對(duì)應(yīng)的剪應(yīng)力可以用法向應(yīng)力函數(shù)表示，表達(dá)式如下：
式中：τf代表材料發(fā)生破壞時(shí)，破壞面上的剪應(yīng)力；f（σ）代表法向應(yīng)力函數(shù)。根據(jù)上述函數(shù)，可以確定巖土材料的莫爾破壞包絡(luò)線，如圖1所示。
圖1 巖土材料的莫爾破壞包絡(luò)線
圖1中，A、B代表破壞面的兩個(gè)莫爾圓；O1、O2代表兩個(gè)任意點(diǎn)莫爾圓半徑；M、N代表破壞面的垂直包絡(luò)線[2]。設(shè)定一個(gè)參數(shù)為巖土材料的屈服系數(shù)，將其表示為Q,Q的計(jì)算可以通過下述公式得到。
式中：Q代表屈服系數(shù)；O1代表任意點(diǎn)莫爾圓半徑；O1M代表圓心到包絡(luò)線距離。根據(jù)實(shí)際情況，應(yīng)明確Q的取值在0～1之間，當(dāng)計(jì)算后發(fā)現(xiàn)Q的值>1時(shí)，說明在此種條件下，巖土材料樣件已在法向應(yīng)力作用下，達(dá)到了屈服破壞程度。
在上述內(nèi)容的基礎(chǔ)上，參照DP準(zhǔn)則，進(jìn)行巖土材料屈服應(yīng)力的分析，在此過程中，可以將巖土材料的樣件假設(shè)為一個(gè)三維模型，模型在三個(gè)方向的主應(yīng)力構(gòu)成三維應(yīng)力空間[3]。
展開 余海歲目前是英國諾丁漢大學(xué)巖土工程專業(yè)的教授和土木工程學(xué)院院長。他還是澳大利亞紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)工程學(xué)院的助理院長。他于1987年在帝國理工學(xué)院獲得巖石力學(xué)專業(yè)理學(xué)碩士學(xué)位，并于1990年在牛津大學(xué)獲得土力學(xué)專業(yè)博士學(xué)位。因其對(duì)巖土力學(xué)理論的杰出貢獻(xiàn)，余教授于2000年被澳大利亞紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)授予理學(xué)博士學(xué)位。
余教授主要研究領(lǐng)域?yàn)?em>巖土力學(xué)的分析和計(jì)算，塑性和本構(gòu)模型，巖土場地特性的原位土壤試驗(yàn)和pavement geotechnics。余教授目前已出版專著四部，發(fā)表約論文和研究報(bào)告200余篇。由于杰出的研究工作，余教授被授予許多國際獎(jiǎng)?wù)潞蜆s譽(yù)，如2004年獲國際土力學(xué)和巖土工程學(xué)會(huì)的first James K Mitchell Lecturer；2003年獲得Shamsher Prakas基金會(huì)的國際研究貢獻(xiàn)獎(jiǎng)；2000年獲英國土木工程協(xié)會(huì)最高榮譽(yù)的Telford金獎(jiǎng)；1998年獲澳大利亞巖土力學(xué)學(xué)會(huì)杰出成就Trollope獎(jiǎng)。余教授創(chuàng)辦了諾丁漢大學(xué)巖土力學(xué)中心（NCG）并擔(dān)任主任，創(chuàng)辦了國際學(xué)術(shù)期刊Geomechanics amd Geoengineering并擔(dān)任總編輯，此外還擔(dān)任其它幾個(gè)重要的國際學(xué)術(shù)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(dān)任英國巖土工程學(xué)會(huì)（BGA）常務(wù)理事，擔(dān)任國際土力學(xué)和巖土工程協(xié)會(huì)（ISSMGE）技術(shù)委員會(huì)TC3和TC16委員，美國土木工程學(xué)會(huì)(ASCE)委員。
展開 1 引言
在過去的一個(gè)筆記中，曾經(jīng)提及過Comsol Multiphysics多物理場數(shù)值模擬軟件(最新發(fā)布的工業(yè)軟件(采礦,結(jié)構(gòu)和數(shù)值模擬)，但這個(gè)軟件在巖土工程中很少用到。根據(jù)調(diào)查，GeotechSet數(shù)據(jù)集內(nèi)僅包括了不到10篇相關(guān)文獻(xiàn)。本筆記簡述了Comsol的巖土力學(xué)模塊。
2 Comsol巖土力學(xué)模塊
Comsol的巖土力學(xué)模塊(Geomechanics Module)是結(jié)構(gòu)力學(xué)模塊的附加模塊，如下圖所示。在軟件安裝時(shí)可以選擇該模塊，其中提供的工具將結(jié)構(gòu)力學(xué)模塊擴(kuò)展到巖土工程的定量研究，可以進(jìn)行巖石力學(xué)和土力學(xué)的單一物理場和多物理場模擬，如隧道，開挖，邊坡穩(wěn)定性及擋土結(jié)構(gòu)，可以使用許多非線性巖土力學(xué)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(jié)構(gòu)和其它人工結(jié)構(gòu)的相互作用。這個(gè)模塊包含了廣泛的材料模型：
(1) 土力學(xué)模型：Drucker-Prager；Mohr-Coulomb; Modified Cam-Clay model; Hardening Soil model. 為了與FLAC的本構(gòu)模型比較，可參考下述鏈接：
IMASS---FLAC3D和3DEC新的本構(gòu)模型(2)
FLAC2D---過去，現(xiàn)在和將來
FLAC3D 7.0 新特性簡介(P3)---新的本構(gòu)模型
(2) 用戶自定義的塑性、流動(dòng)規(guī)則和硬化模型。
展開 2018年7月11-13日，正值盛夏時(shí)節(jié)，涼爽大連迎來“第五屆國際巖土介質(zhì)破裂力學(xué)學(xué)術(shù)研討會(huì)暨中國力學(xué)學(xué)會(huì)巖土力學(xué)專業(yè)委員會(huì)系列年會(huì)”。大會(huì)由中國力學(xué)學(xué)會(huì)巖土力學(xué)專業(yè)委員會(huì)主辦，大連理工大學(xué)、澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究院能源部、山東科技大學(xué)礦業(yè)學(xué)院共同承辦。會(huì)議以特邀報(bào)告、邀請(qǐng)報(bào)告、主題報(bào)告等形式展開交流，旨在為與會(huì)專家、青年學(xué)者、企業(yè)等提供一個(gè)與國內(nèi)外知名學(xué)者互動(dòng)和學(xué)術(shù)交流的機(jī)會(huì)，以促進(jìn)巖土工程中破裂力學(xué)及硬巖學(xué)科的深入發(fā)展，加強(qiáng)該領(lǐng)域?qū)W者之間的交流與合作。隨著采礦與土木工程向更深部發(fā)展，預(yù)測(cè)巖土介質(zhì)在深地工程如深地?zé)衢_采和深埋隧道開挖等復(fù)雜環(huán)境下的力學(xué)變形及破裂特質(zhì)是巖土工程面臨的巨大挑戰(zhàn)。本次論壇針對(duì)這些問題，關(guān)于巖土介質(zhì)破裂力學(xué)、巖爆及增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)等相關(guān)議題展開了討論。這些課題的研究對(duì)深部地?zé)衢_發(fā)及利用地?zé)徙@井及開挖技術(shù)等學(xué)科發(fā)展至關(guān)重要，也對(duì)工程施工及安全問題提供了保障。
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巖土力學(xué)的最新內(nèi)容
COMSOL黏彈性動(dòng)力邊界及地震動(dòng)輸入6個(gè)月前
本貼采用的驗(yàn)證算例引用于文獻(xiàn)《黏彈性人工邊界在ABAQUS中的實(shí)現(xiàn)及地震動(dòng)輸入方法的比較研究》-巖土力學(xué)與工程學(xué)報(bào)-馬笙杰等。
下面是建模介紹和模擬結(jié)果與文獻(xiàn)結(jié)果的對(duì)比驗(yàn)證。
二、模型建立
通過場外垂直入射sv波算例來驗(yàn)證黏彈性邊界設(shè)置和地震動(dòng)輸入的準(zhǔn)確性。
并擁有各種類型的材料模型庫，可以模擬典型工程材料的性能，其中包括金屬、橡膠、高分子材料、復(fù)合材料、鋼筋混凝土、可壓縮超彈性泡沫材料以及土壤和巖石等地質(zhì)材料，作為通用的模擬工具，ABAQUS除了能解決大量結(jié)構(gòu)（應(yīng)力/位移）問題，還可以模擬其他工程領(lǐng)域的許多問題，例如熱傳導(dǎo)、質(zhì)量擴(kuò)散、熱電耦合分析、聲學(xué)分析、巖土力學(xué)分析（流體滲透 / 應(yīng)力耦合分析）及壓電介質(zhì)分析。
</p><p>作為通用模擬工具，ABAQUS 不僅能解決大量結(jié)構(gòu)應(yīng)力 / 位移問題，在熱傳導(dǎo)、質(zhì)量擴(kuò)散、熱電耦合分析、聲學(xué)分析、巖土力學(xué)分析（流體滲透 / 應(yīng)力耦合分析）及壓電介質(zhì)分析等眾多工程領(lǐng)域也表現(xiàn)出色。
</p><p>多說一句，不要過度解讀富集元素不能多裂紋相交這句話，具體的可以看看<span style="color: rgb(255, 0, 0);">【石路楊，余天堂.多裂紋擴(kuò)展的擴(kuò)展有限元法分析[J].巖土力學(xué)，2014，35(01):263-272.DOI:10.16285/j.rsm.2014.01.001.）】</span>這篇文獻(xiàn)。
而土力學(xué)（巖土工程）則恰恰相反，強(qiáng)調(diào)：
應(yīng)力、應(yīng)變以壓為正，應(yīng)力、應(yīng)變以拉為負(fù)，孔隙流體壓力以壓為正。孔隙體積增大（體脹）為負(fù)。
參考文獻(xiàn)：[1]徐中華,王衛(wèi)東.敏感環(huán)境下基坑數(shù)值分析中土體本構(gòu)模型的選擇[J].巖土力學(xué),2010,31(01):258-264+326.DOI:10.16285/j.rsm.2010.01.054.
[4] 徐遠(yuǎn)杰,王觀琪,李健,等.在ABAQUS中開發(fā)實(shí)現(xiàn)Duncan-Chang本構(gòu)模型[J].巖土力學(xué),2004(7):1032-1036.
[5] 岑威鈞,朱岳明.基于ABAQUS的土石料本構(gòu)模型二次開發(fā)及其應(yīng)用[J].水利水電科技進(jìn)展,2005(6):78-81.
參考文獻(xiàn)
[1] 蔣凱樂，李云鵬，張如滿，等.塑性混凝土防滲墻土反力系數(shù)反演[J].巖土力學(xué)，2012,33(S2):389- 394.
[2] 梁巖，班亞云，羅小勇.深槽地基土加固方法對(duì)防滲墻的影響研究[J].水利水電技術(shù)，2017,48(3):46- 51.
[3] 侯毅，張勁松，李明合，等.花坪河面板堆石壩應(yīng)力變形分析[J].人民黃河，2013,35(9):103- 105.
關(guān)鍵詞：常規(guī);試驗(yàn);疲勞;組成分析;主應(yīng)力;巖土力學(xué);
1 常規(guī)巖土力學(xué)仿真中的主應(yīng)力分布特點(diǎn)
為實(shí)現(xiàn)對(duì)巖土力學(xué)試驗(yàn)的仿真，開展研究前，引進(jìn)Mohr-Coulomb（莫爾-庫倫強(qiáng)度理論）、Drucker-Prager(DP準(zhǔn)則），將其作為參照，進(jìn)行巖土材料在力學(xué)性能試驗(yàn)中應(yīng)力分布的研究[1]。
【ChatGPT---學(xué)術(shù)文獻(xiàn)引用的反向校準(zhǔn)】
文章來源：計(jì)算巖土力學(xué)
