5 数值分析在岩土工程分析中的地位
下面从岩土材料特性、岩土工程与结构工程有 限元分析误差来源分析比较和岩土工程分析方法三 方面来分析数值分析在岩土工程分析中的地位。
前面已经提到岩土材料是自然、历史的产物， 工程特性区域性强，岩土体中的初始应力场复杂且
难以测定，土是多相体，土体中的三相有时很难区
分，土中水的状态又十分复杂。岩土的应力-应变关 系与应力路径、加荷速率、应力水平、成份、结构、
状态等有关，岩土体的本构关系十分复杂。至今尚
无工程师普遍认可的工程实用的本构模型，而采用连续介质力学模型求解岩土工程问题的关键问题是
如何建立工程实用的岩土本构方程，这是应面对的 现状，也是考虑数值分析在岩土工程分析中的地位
时必须重视的现实情况。 结构工程所用材料多为钢筋混凝土、钢材等，材料均匀性好，由此产生的误差小，而岩土工程材料为岩土，均匀性差，由此产生的误差大。在几何 模拟方面，对结构工程的梁、板和柱进行单独分析， 误差很小，但对复杂结构，节点模拟处理不好可能
产生较大误差。对岩土工程，若存在两种材料的界 面，界面模拟误差较大。在本构关系方面，结构工 程所用材料的本构关系较简单，可用线性关系，可对岩土工程的分析，笔者认为首先要详细掌握工程地质条件、土的工程性质、土力学基本概念、 工程经验，在此基础上采用经验公式法、数值分析法和解析分析法进行计算分析。在计算分析中要因 地制宜，抓主要矛盾，具体问题具体分析，宜粗不 宜细、宜简不宜繁。然后，在计算分析基础上，结合工程经验类比，进行综合判断，最后进行岩土工 程设计。在岩土工程分析过程中，数值分析结果是 提供工程师进行综合判断的主要依据之一。岩土工程分析过程如图 1 所示。
经验公式法 
能产生的误差小，而岩土材料的本构关系很复杂， 由所用本构模型产生的误差大；在模型参数测定方 
数值分析法 解析分析法 工程经验类比 面，结构工程所用材料的模型参数容易测定，由此产生的误差小，而岩土工程材料的模型参数不容易 测定，由此产生的误差大。结构工程中一般初始应 力小，某些特殊情况，如钢结构焊接热应力，影响范围小；岩土工程中岩土体中初始应力大且测定难， 对数值分析影响大，特别对非线性分析影响更大。 结构工程分析常采用线性本构关系，线性分析误差小。岩土工程分析常采用非线性本构关系，非线性 分析常需要迭代，迭代分析可能产生的误差大。在 结构工程和岩土工程分析中，若边界条件较复杂，均可能产生较大误差。相比较而言，多数结构工程 边界条件不是很复杂，而多数岩土工程边界条件复 杂。以上比较分析汇总如表 1 所列。
表 1   岩土工程与结构工程有限元分析误差来源分析 Table 1   Comparison of errors sources in finite element analysis between geotechnical engineering
and structural engineering
误差来源 结构工程岩土工程 材料均匀性 较均匀，误差小 不可见因素多，误差大 几何模拟  节点模拟可能产生较大误差   界面模拟误差较大
 
计算、分析 综合判断

设计
图 1   岩土工程分析过程
Fig.1Analytical process of geotechnical engineering

根据对岩土材料特性的分析和对岩土工程与结 构工程有限元分析误差来源的分析比较，可以认为 岩土工程数值分析目前只能用于定性分析。通过对 岩土工程分析过程的分析，可以认为岩土工程数值 分析结果是岩土工程师在岩土工程分析过程中进行 综合判断的重要依据之一。岩土工程数值分析主要 用于复杂岩土工程问题的定性分析。
6 结 论
通过对我国岩土工程数值分析现状的调查研究 和上述分析，笔者对岩土工程数值和解析分析的思 考意见如下：
（1）基于对岩土工程分析对象∝∝岩土材料特
 
本构关系
 
较简单，可用线性关系 可能产生的误差小
 
很复杂，所用本构模型 可能产生的误差大
 
性的分析，并考虑岩土工程初始条件和边界条件的
复杂性，岩土工程分析很少能得到解析解，而目前
 
模型参数  容易测定，误差小 不易测定，误差大
初始应力  初始应力小，影响也小 初始应力大且测定难，影响大 分析方法  线性分析误差较小 非线性分析误差可能较大 边界条件  较复杂，可能产生较大误差   较复杂，可能产生较大误差

由以上的分析可知，结构工程有限元分析误差 来源少，可能产生的误差小，而岩土工程有限元分 析误差来源多，可能产生的误差大。笔者认为，对 结构工程，处理好边界条件和节点处几何模拟，有 限元数值分析可用于定量分析；对岩土工程，有限 元数值分析目前只能用于定性分析。
 
岩土工程数值分析只能用于定性分析。所以，岩土 工程设计要重视概念设计，重视岩土工程师的综合 判断。岩土工程数值分析结果是岩土工程师在岩土 工程分析过程中进行综合判断的重要依据之一。
（2）自 Roscoe 和他的学生建立剑桥模型至今已 近半个世纪，各国学者已提出数百个本构方程，但
得到工程应用认可的极少，或者说还没有。从这个 角度讲采用连续介质力学模型求解岩土工程问题的 关键问题是如何建立岩土的工程实用本构方程。
（3）本构模型及参数测定是岩土工程分析中的
     
关键问题，避不开又难解决。笔者认为，建立考虑
工程类别、土类和区域性特性影响的工程实用本构 模型是岩土工程数值分析发展的方向。工程实用本
构模型的参数应少、易测定、且有利于工程经验的 积累。多建立几个工程实用本构模型，结合积累大 量的工程经验，才能促进岩土工程数值分析在岩土
工程分析中的应用，才能由只能用于定性分析逐步 发展到可用于定量分析。
（4）岩土工程师在充分掌握分析工程地质资
料、了解土的工程性质基础上，采用合理的物理数 学模型，通过多种方法进行计算分析，然后结合工 程经验进行综合判断，提出设计依据。在岩土工程
计算分析中应坚持因地制宜、抓主要矛盾、宜粗不 宜细、宜简不宜繁的原则。
参 考 文 献
[1] 龚晓南.  岩土工程数值分析现状调查中 53 位同行专家
 
对岩土工程数值分析发展的建议[J].  地基处理,  2010,
21(4): 40－45.
GONG Xiao-nan. A survey report: the actuality of numerical analysis in Chinese geotechnical engineering[J]. Ground Improvement, 2010, 21(4): 40－45.
[2] 龚晓南,  叶黔元,  徐日庆.  工程材料本构方程[M].  北 京:  中国建筑工业出版社, 1995.
[3] 龚晓南.  土塑性力学(第二版)[M].  杭州:  浙江大学出 版社, 1999.
[4] 龚晓南.  21  世纪岩土工程发展展望[J].  岩土工程学报,
2000, 22(2): 238－242.
GONG Xiao-nan. Prospects for the development of geotechnical engineering in the 21st century[J]. Chinese Journal of Geotechnical  Engineering, 2000, 22(2): 238
－242.
 

 
回眸《岩土力学》2010 年

2010 年《岩土力学》的远程投稿系统 http://ytlx.whrsm.ac.cn/正式运行，全年注册投稿 2 352 篇。投稿、审稿、录用、刊 发、统计等流程均在该系统上完成。2010 年正刊（31 卷）1－12 期刊载论文 668 篇，总页码 4 032 页，其中 2010 第 1 期为 西安理工大学主办的全国西部特殊土与工程学术会议刊发论文 21 篇；第 12 期为地面专业委员会举办的≡第四届岩土力学与 工程前沿论坛 2010 学术交流会≌推荐录用并刊发的论文 18 篇。2010 年出版 2 期增刊，刊载论文 152 篇，页码 920 页，其 中增刊 1 载文 69 篇，增刊 2 载文 83 篇，分别来自第二届全国工程安全与防护学术会议、第三届中国水利水电岩土力学与工 程学术讨论会、第十届全国岩土力学数值分析与解析方法研讨会、2010 年城市地质环境与可持续发展论坛等选送。2010 年 全年正刊、增刊共计载文 820 篇，总页码 4 952 页。
2010 年 EI 检索 763 篇，其中 1－11 期检索 611 篇（除去讨论稿件），增刊 152 篇，收录率均为 100%。
据 2010 年版中国科技期刊引证报告（核心版），《岩土力学》2009 年正刊载文量 674 篇，总被引频次为 3  435，影响因 子为 0.731，在力学类期刊中总被引频次排名继续位居第 1；影响因子排名位上升至第 2，学科综合排名第 2，统计源科技期 刊中综合总排名为 144，上升至 87 位；论文基金比为 0.73，机构分布数为 155 个。
《岩土力学》入选≡2009 年中国百种杰出学术期刊≌，这是本刊首获殊荣。同时，《岩土力学》有 2 篇论文（赵尚毅、 刘金龙）被评为≡2009 年中国百篇最具影响国内学术论文≌。
由湖北省新闻出版局、湖北省期刊协会举办的第七届湖北优秀期刊奖、优秀期刊编辑奖评选，2009 年《岩土力学》被 评为湖北省第 7 届优秀期刊，其中 1 名编辑荣获湖北省优秀期刊编辑奖。这个奖项每 2 年评选一次，《岩土力学》已连续 3 届被评为湖北省优秀期刊。
2010 年 11 月 6 日，《岩土力学》第七届编委会第三次会议在浙江温州召开，来自全国各地的数十名编委和编辑部成员 出席了会议。会议得到温州大学的大力支持，取得圆满成功。
新年伊始，《岩土力学》编辑部将继续努力，为岩土力学学科的发展作出新贡献。

在论坛中参与讨论 http://www.yantubbs.com/read.php?tid=127882

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