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主题:软件选择的若干考虑和策略----转一篇朱教授的帖子
老烟枪发表于 2010-07-13 15:22
数值计算工作有一点非常重要的是,千万别让软件牵着问题走,而必须是看菜吃饭,根据问题选择软件。说起来容易,做起来可能还会遇到一些问题,从岩石力学角度理解问题的性质是基础之一,另外一个方面的要求是对软件功能的了解。
1.问题性质的判断
在一般情况下,岩石性质、应力水平、和结构面发育状态是决定工程岩体潜在问题性质和类型的三个基本要素,当岩石性质软弱时,不论其他两个因素如何,都可能存在软岩变形和坍塌问题。类似地,如果应力水平相对很高(如深埋地下工程或深切河谷坝基),都会存在高应力问题;而当结构面相对突出时,结构面对岩体稳定可以起到控制性作用。这三个典型因素构成了岩石力学的三类典型问题,即软岩问题、应力问题、和结构面控制问题。 当然,现实中也存在中间情形,即2个因素共同起作用,或者,部分区域一个因素起主导作用,另一个区域以另外一个因素起到主导作用。比如,对于数百上千米高度级别的边坡而言,中上部区域往往以结构面控制型问题为主体,而中下部特别是坡脚一带的高应力问题可能相对突出,应力型问题起到主导性作用,但结构面的影响可能依然存在,使得问题更加突出。

此主题相关图片如下:fig_1_w.gif

上图的上半部分描述了岩体三个基本因素所控制的理想情况下的三种典型类型的问题,从工程角度看,软岩问题可以存在于边坡和地下工程中,只要岩石软弱即可。这类问题的现实表现为长时间大变形及其导致的破坏,历时往往较长。从力学概念上讲,属于非线性中的变形类问题,或者说大变形大应变问题。因此,在软件选择时,需要侧重对处理非线性大变形的能力。 高应力条件下的软岩问题现场仍然表现为长时间的大变形,只是时间相对较短时变形量就可以导致工程破坏,最普遍的是中国深埋煤矿工程的相关问题。很多深埋工程(2000m埋深以下)往往都是建立在岩体质量良好的条件下,现场表现中的变形问题并不突出,强度不足的破坏非常普遍,如剧烈形式的岩爆和缓和形式的其他破裂,后者如开挖损伤问题。从力学意义上讲,虽然也是非线性,但却是非线性破坏而不是非线性变形。二者的工程差别非常突出,比如,从安全监测角度看,前者可以用变形为控制指标,后者则需要以破损(坏)区深度来控制。在数值分析中,虽然在软件选择上可能差别不是很大,但关系到本构选择、分析指标选取上。
高应力条件下的很多数值分析可以忽略岩体的非连续力学特性、强调其非线性特征,因此经常可以选择连续力学方法程序但强调非连续力学特性。但有一点却是例外,当研究工作特别关注破裂区深度和破裂发展过程(包括时间效应),则需要体现破裂的微观非连续特性,此时连续力学方法的计算误差可能会很突出,需要采用非连续力学方法。 结构面起主导性作用时,往往需要强调岩体的宏观非连续力学特性,此时结构面的非线性特征可能发挥作用。

判断属于哪类问题的简单方法如下:
1)土体可以划入软岩系列,单轴抗压强度小于25MPa的岩石、破碎岩体都可以划入软岩系列,注意25MPa的标准并不统一,仅供参考;
2)在硬质岩石条件下,如果最大初始应力和岩石单轴抗压强度的比值达到大约1 / 3时,可以认为应力问题开始显得突出;
3)在硬质岩石条件下,如果最大初始应力和岩石单轴抗压强度之比小于上述阈值,一般而言,结构面问题起到控制作用。
2.软件类型选择
现在满足岩土工程需要的计算软件有很多,专业性比较强的有两大类,一是设计工具软件,以多伦多大学Rock Sciense开发的产品为典型代表,具体包括Unwedge, Swedge,Slide等。如果按中国水电和矿山行业的习惯,这些软件总体应该属于针对规范内问题的工具。对于超出规范的复杂问题,则需要分析性软件,典型代表就是ITASCA软件。

岩土工程领域的专业性分析软件实际上并不多,以前很多人是把结构专业的软件用于岩土问题分析。没办法,在80年代的时候,会数值计算的人都被人仰慕,很高深,力学基础相对更好的结构专业人员比岩土专业更有机会接触计算机和计算机软件。或者,这是历史发展过程的必然,现在虽然还有一点影响,但越来越小了,毕竟,专业大于工具。 楼主不才,仅仅是ITASCA软件的忠实用户,有过一年到头天天上班天天如此的经历,或许能略微谈谈ITASCA三个系列软件选择方面。
对于一般性的问题,选任何一款软件或许都能获得满足要求的结果,但肯定考察问题的侧重点有所不同。就岩质边坡而言,三个系列都可以,一般计算条件下,FLAC系列侧重考察应力和强度的关系,如果没有非均质性和各向异性,圆弧形滑动是预期的结果,安全系数与Slide计算结果接近但一般略低一些。采用DEC系列软件时,如果计算条件相同,结果也应该充分接近,没有大的差别。这个时候选什么软件都无所谓,自己的偏好可以成为决定因素。 上图的下半部分给出了三类典型问题的力学性质,当然,也只是问题的主要方面,并非绝对。
软岩(土)问题和深埋问题有一个共同的特点,就是非
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回帖(64):
64楼:岩体的是这样,那土体呢
63楼:“根据问题选择软件” 很有启发意义
62楼:

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