[精品]非连续数值方法综述.doc

[精品]非连续数值方法综述.doc非连续数值方法综述杨凡(河海大学水利水电学院,江苏南京210098)摘要:非连续问题是岩土及水利工程中不可避免的一类难题,由于其对工程的影响巨大,近几百年来特别近一个世纪以来一直是工程界研究的一个热门话题。从最早的非连续问题解析解法一刚体极限平衡法出发,引申出近几十年来有关非连续问题研究的热点一非连续问题的数值解法,然后对这些非连续的数值方法的基本原理和实际应用发展情况进行一一综述。关键词:非连续;炭:值方法;岩石和十•都是经历过变形的地质体,受其成因、纽•成、结构、年代等诸多因素的影响,岩土材料具有高度的非连续性、非均匀性和各向异性的特征,在力学性质上表现出强烈的非线性。岩十工程是一门综合应用岩石力学、土力学、T稈地质学等基木知识解决实际T程屮有关岩体与土体变形及稳定问题的学科⑴。岩土工稈屮的非连续变形问题主要是由岩石及十-体屮不连续面的存在引起的,岩土T程问题屮的不连续血大致可分为两类,一类是指存在于岩体屮的节理、软弱夹层以及土体屮的剪切破坏面,另一类则是岩土结构如各类基础、挡土结构、地下结构等与岩土体Z间的接触面。显然,不连续面对岩土体或结构的受力、变形有着重要的影响,因此为使计算结果真实地反映岀岩土体及结构的受力和变形情况,在计算时不能忽视不连续面的存在[役对于具有不连续面的结构,在承受荷载的过程屮,不连续面的状态是在不断变化的,这将影响到两侧岩土体的应力和变形,从而影响到整个体系的应力场,而应力场的改变又影响到不连续面的状态。因此,解决岩土力学问题的关键在于对非连续变形的模拟,分析研究结构屮备种不连续面的构造特点和力学性能,研究其受力状态的变化规律及其对结构整体性能的影响是工程设计屮的关键研究课题2—,具有很大的学术意义和实用价值3几百年来,人们对非连续变形问题作了大量的研究工作。最早有关非连续问题的研究主要集中在寻求解析解的层瓯上。1773年,法国科学家库伦在大量实验基础上总结了著名的库伦土压理论,刚性楔体和静力平衡的应用也为后续研究英定了一个基调。在此基础上,瑞典圆弧法的提出表明刚体极限平衡方法的正式诞生,在接下来的几十年间该方法得到了很好的发展并出现了Bishop、Janbu、Sarma等改进的方法。在发展过稈中,极限平衡法在水利T程上得到了很好的运用。但其缺点亦非常明显,即不考虑土体的变形,得到的结果偏安全。在许多的工程屮,其运用受到局限。近年来,伴随着计算机技术的高速发展,有关非连续问题的数值分析逐渐发展成为热门。非连续分析的数值方法主要包括:界面单元有限元法(FEMwithinterfaceelements)刚性有限元法(RFEM)、离散单元法(DEM:DistinctElementMethod)x非连续变形分析(DDA:DiscontinuousDeformationAnalysis)>数值流形方法(NMM:NumericalManifoldMethod)x无单元法((Element—FreeMethod)a耦合方法(Co叩leMethods)以及渐进破坏模型(ProgressiveFractureModels)等⑷。以下对备个方法研究进展情况进行综述。1界面单元有限元法(FEMwithinterfaceelements)有限单元法在连续介质上面的成功应用,使其广泛地被人们接受,但在解决前处理问题、应力与应变解答不连续问题计算