岩土工程数值模拟1绪论.ppt
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资源与地球科学学院资源与地球科学学院u推荐的主要参考书推荐的主要参考书1.工程地质计算工程地质计算隋旺华隋旺华,于震平（于震平（参考教材参考教材）2.岩土塑性力学原理岩土塑性力学原理郑颖人等中国建筑工业出版社，郑颖人等中国建筑工业出版社，20023.岩土工程有限元分析理论与应用岩土工程有限元分析理论与应用谢康和等科学出谢康和等科学出版社版社，20024.ADINA应用基础与实例详解应用基础与实例详解岳戈等人民交通出版岳戈等人民交通出版社，社，20085.FLAC/FLAC3D基础与工程实例基础与工程实例陈育民等中国水陈育民等中国水利水电出版社，利水电出版社，2009资源与地球科学学院资源与地球科学学院第一章：
绪论第一章：
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绪论（22学时）学时）学时）学时）第二章：
岩土工程数值分析基础第二章：
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岩土工程数值分析基础第二章：
岩土工程数值分析基础（44学时）学时）学时）学时）第三章：
线弹性问题的有限单元法第三章：
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线弹性问题的有限单元法（66学时）学时）学时）学时）第四章：
弹塑性问题的有限单元法第四章：
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弹塑性问题的有限单元法（44学时）学时）学时）学时）第五章：
有限单元法在岩土工程中的应用第五章：
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有限单元法在岩土工程中的应用（44学时）学时）学时）学时）第六章：
其它数值方法第六章：
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其它数值方法（22学时）学时）学时）学时）第七章：
岩土工程可靠度分析第七章：
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岩土工程可靠度分析（22学时）学时）学时）学时）主要内容与学时安排：
主要内容与学时安排：
（授课（授课24学时，上机实验学时，上机实验16学时）学时）资源与地球科学学院资源与地球科学学院对本课程的内容要求对本课程的内容要求n掌握掌握从工程地质模型组成、建模方法及其向计算从工程地质模型组成、建模方法及其向计算模型的转换模型的转换n掌握掌握岩土体的基本力学特征、工程地质单元划分，岩土体的基本力学特征、工程地质单元划分，计算参数选择的基本方法计算参数选择的基本方法n掌握掌握弹性问题的有限单元法、弹塑性问题的有限弹性问题的有限单元法、弹塑性问题的有限单元法的基本原理及应用单元法的基本原理及应用n了解了解边界单元法、边界单元法、离散单元法离散单元法及数值方法的耦合及数值方法的耦合分析分析n了解了解岩土工程可靠度分析的基本原理及初步应用岩土工程可靠度分析的基本原理及初步应用资源与地球科学学院资源与地球科学学院FLAC3D视窗视窗资源与地球科学学院资源与地球科学学院三维地质模型示意图三维地质模型示意图资源与地球科学学院资源与地球科学学院倾向剖面示意图倾向剖面示意图资源与地球科学学院资源与地球科学学院newdefsetuplength=500depth=5z0=200numx=100dt_x=length/numxnumy=1dt_y=depth/numyend;-defset_Numzifz1=0thenNumz=100z2=z0actDefineendifend;-defactDefinecommand;建立地质体空间模型建立地质体空间模型genzonebricksizenumxnumynumz&p000z1p1length0z1p20depthz1p300z2&p4lengthdepthz1p50depthz2p6length0z2p7lengthdepthz2;模型模型brick网格划分为网格划分为size:
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主要内容：
资源与地球科学学院资源与地球科学学院一、工程地质数值计算的意义、任务一、工程地质数值计算的意义、任务n工程地质数值计算：
工程地质数值计算：
应用工程地质学原理、现应用工程地质学原理、现代数学力学方法和计算机技术，研究、解决工代数学力学方法和计算机技术，研究、解决工程地质（岩土）学中的定量（半定量）化问题程地质（岩土）学中的定量（半定量）化问题的一门学科。
的一门学科。
资源与地球科学学院资源与地球科学学院岩土工程中为什么要进行数值计算？
岩土工程中为什么要进行数值计算？
n本专业的工作内容涉及大量的复杂计算本专业的工作内容涉及大量的复杂计算n数值方法在工程实践和科学研究中的地位数值方法在工程实践和科学研究中的地位n复杂科学问题解答的一般思路复杂科学问题解答的一般思路n模型的概念与数学建模模型的概念与数学建模n寻求科学的计算方法是解决问题的重要途径寻求科学的计算方法是解决问题的重要途径资源与地球科学学院资源与地球科学学院数值分析方法的必要性和重要性：
数值分析方法的必要性和重要性：
u有很多问题无法建立解析方程有很多问题无法建立解析方程u即使建立了解析方程，但无法求得解析解即使建立了解析方程，但无法求得解析解u试验方法费时、费力试验方法费时、费力u有很多情况，如核爆炸等无法或很难进行试验有很多情况，如核爆炸等无法或很难进行试验资源与地球科学学院资源与地球科学学院数值法涉及的复杂运算有哪些？
数值法涉及的复杂运算有哪些？
n钢筋砼钢筋砼结构力学结构力学n土压力、挡土墙、堤坝土压力、挡土墙、堤坝n地基承载力、最终沉降量地基承载力、最终沉降量n基坑、边坡基坑、边坡n桩基础桩基础n锚杆的设计锚杆的设计n地铁、隧道工程、地下洞室、矿山开采地铁、隧道工程、地下洞室、矿山开采u特点：
精度、深度、难度、数据量特点：
精度、深度、难度、数据量资源与地球科学学院资源与地球科学学院数值方法的研究地位数值方法的研究地位n理论与方法并重理论与方法并重n试验、数值计算与工程实践相互检验试验、数值计算与工程实践相互检验n现代计算机技术为数值方法的发展提供硬现代计算机技术为数值方法的发展提供硬件和软件保证件和软件保证n数学建模为计算提供有利的工具数学建模为计算提供有利的工具资源与地球科学学院资源与地球科学学院中国的大型和巨型工程建设中国的大型和巨型工程建设n300m级高坝级高坝n500m级高边坡级高边坡n10km以上深埋长隧道以上深埋长隧道n西部地形急变带及极端条件下的交通工程西部地形急变带及极端条件下的交通工程n长距离跨流域调水长距离跨流域调水n跨海大桥跨海大桥n跨海峡隧道跨海峡隧道n。
1.工程地质数值计算的作用工程地质数值计算的作用资源与地球科学学院资源与地球科学学院资源与地球科学学院资源与地球科学学院9090年代年代-21-21世纪我国水电建设的标志性工程世纪我国水电建设的标志性工程资源与地球科学学院资源与地球科学学院工程规划分东线、中线和西线三部分，东线从长江江苏扬州段调水，经过江苏、山东到达工程规划分东线、中线和西线三部分，东线从长江江苏扬州段调水，经过江苏、山东到达河北、天津。
中线从湖北丹江口水库调水经河南、河北到北京、天津，西线规划从长江上河北、天津。
中线从湖北丹江口水库调水经河南、河北到北京、天津，西线规划从长江上游调水到黄河上游，供应西北和华北，正在规划中。
游调水到黄河上游，供应西北和华北，正在规划中。
资源与地球科学学院资源与地球科学学院n工程地质条件的定量化及岩土体赋存环境的模拟工程地质条件的定量化及岩土体赋存环境的模拟n工程动力地质现象及过程的模拟研究工程动力地质现象及过程的模拟研究n工程岩土体应力场和位移场的分析工程岩土体应力场和位移场的分析n岩土体稳定性的模拟岩土体稳定性的模拟2.工程地质数值计算的任务工程地质数值计算的任务资源与地球科学学院资源与地球科学学院-375m水平切面地应力有限元反演计算原始网格图资源与地球科学学院资源与地球科学学院-375m水平切面最大剪应力等值线图水平切面最大剪应力等值线图资源与地球科学学院资源与地球科学学院平行工作面走向方向剖面煤层开采后最大主应力等值线灰度图平行工作面走向方向剖面煤层开采后最大主应力等值线灰度图资源与地球科学学院资源与地球科学学院资源与地球科学学院资源与地球科学学院资源与地球科学学院资源与地球科学学院1049面回采完成后覆岩离层及最大主应力图资源与地球科学学院资源与地球科学学院回采过程中控顶区上覆岩层裂隙发育模拟研究回采过程中控顶区上覆岩层裂隙发育模拟研究支架支护阻力为支架支护阻力为3600KN支架支护阻力为支架支护阻力为6400KN不同支护阻力作用下的控顶区岩层裂隙和离层发育图不同支护阻力作用下的控顶区岩层裂隙和离层发育图资源与地球科学学院资源与地球科学学院工作面开采90m工作面开采110m资源与地球科学学院资源与地球科学学院二、数值计算方法及常用软件简介二、数值计算方法及常用软件简介1有限单元法有限单元法（FiniteElementMethod,简称简称FEM）1有限差分法有限差分法（FiniteDifferenceMethod,简称简称FDM）1离散单元法离散单元法（DiscreteElementMethod，简称，简称DEM）1边界单元法边界单元法（BoundaryElementMethod,简称简称BEM）1数值流形元法数值流形元法（NumericalManifoldMethod,简称简称NMM）资源与地球科学学院资源与地球科学学院1.有限单元法有限单元法FEMn50年代，飞机设计中的结构矩阵分析年代，飞机设计中的结构矩阵分析n60年代，推广求解平面弹性力学问题年代，推广求解平面弹性力学问题n之后，广泛应用于工程地质问题分析中之后，广泛应用于工程地质问题分析中n常用软件：
常用软件：
ANSYS、ADINA、ABQUAS，RFPA等等资源与地球科学学院资源与地球科学学院资源与地球科学学院资源与地球科学学院资源与地球科学学院资源与地球科学学院资源与地球科学学院资源与地球科学学院资源与地球科学学院资源与地球科学学院金门大桥采用金门大桥采用ADINA进行非线性进行非线性有限元分析，分析有限元分析，分析中考虑了材料非线中考虑了材料非线性和几何非线性，性和几何非线性，包括大变形、摩擦包括大变形、摩擦滞回支座、非线性滞回支座、非线性减震器、高塔晃动、减震器、高塔晃动、膨胀节点等，对大膨胀节点等，对大桥减震器在地震作桥减震器在地震作用下的性能、桥塔用下的性能、桥塔振动、节点性能进振动、节点性能进行系统的研究，并行系统的研究，并且对金门大桥及其且对金门大桥及其构件在连续地震作构件在连续地震作用下的安全可靠性用下的安全可靠性进行评估。
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