计算岩土力学 公众号

计算岩土力学现有软件及其应用情况

1. 简介

岩体是一种具有不连续性、非均质性、各向异性和非线性的天然地质体[1],由于岩体介质的复杂性, 分析边界和工况的多变, 用经典力学求解复杂的岩体工程问题的解析解已经很难, 甚至不可能。随着计算机科学的进步，数值计算方法也不断发展，并且在岩土工程领域得到了广泛的应用。例如，20世纪60年和70年代开始出现用于岩土工程稳定性计算的数值计算方法，主要是有限元法；20世纪80年代有限元、边界元及其混合模型得到广泛应用[2]；20世纪90年代以来，离散元法、DDA法等方法层出不穷。随着数值计算方法的百花齐放，计算岩土力学也从无到有发展起来，并且根据不同的计算方法形成了众多的计算软件，本文主要介绍较为常见且使用较广的几款计算软件。

数值计算方法大致分为连续变形分析方法和非连续变形分析方法两大类[3]。连续变形分析方法主要有：有限单元法（FEM）、有限差分法（FDM）、边界单元法（BEM）等，其中以有限单元法应用最为广泛；非连续变形分析方法主要有：离散元法（DEM）、非连续变形分析（DDA）、流形元法（MM）、无单元法（EFM）等。[4]

2. 有限单元法

有限元分析中最基本的思想就是单元离散，即将求解区域剖分为

2011年工程硕士《高等岩石力学》试题

一、名词解释（10题*3分=30分）

1）、岩石的疲劳强度 2）、本构方程 3）、剪胀角an 4）、Griffith强度理论 5）、岩石的崩解性 6）、粘滑 7）、长期强度 8）、刚性压力机 9）、扩容 10）、脆性破坏与延性破坏 二、简答题（5题×8分＝40分）

1、什么是岩石、岩体、结构面，并说明三者之间的关系。 2、岩体的工程复杂性主要表现在哪几个方面？ 3、简述岩石的流变力学特性。

4、根据你的经验谈谈获取岩石抗剪强度指标的方法。 5、简述莫尔强度理论，并指出其优缺点。

三、论述和计算题（2题×15分＝30分）

1、解释岩石应力－应变全过程曲线各阶段的特点。（15） 2、有一圆形硐室顶部围岩处于σ1、σ

3

应力场作用下，其中σ1＝

61.2Mpa，σ3＝－19.1Mpa，岩石抗拉强度σt＝－8.7Mpa，内聚力c＝50Mpa，内摩擦系数f＝tanφ＝1.54，试采用莫尔－库仑强度理论和格里菲斯强度理论评价硐顶围岩稳定性，并分析计算结果。（15分）

2011年工程硕士《高等岩石力学》试题答案

一、名词解释（10题*3分=30分）

1）、岩石的疲劳强度

岩石在循环荷载作用下的衰减称为岩石的疲劳

复习提纲

1. 何谓岩体力学？它的研究任务和对象是什么？

岩体力学(rockmass mechanics)是力学的一个分支学科，是研究岩体在各种力场作用下变形与破坏规律的理论及其实际应用的科学，是一门应用型基础学科。岩体力学(rockmass mechanics)是力学的一个分支学科，是研究岩体在各种力场作用下变形与破坏规律的理论及其实际应用的科学，是一门应用型基础学科。

2. 岩体力学采用的研究方法有哪些？

(1)工程地质研究法。(2)试验法。(3)数学力学分析法。(4)综合分析法。

3. 何谓岩块？岩体？试比较岩块、岩体与土的异同点。

岩块指不含显著结构面的岩石块体，是构成岩体的最小岩石单元体。 岩体是指地质历史过程中形成的，由岩块和结构面网络组成的，具有一定的结构并赋存于一定的天然应力状态和地下水等地质环境中的地质体。

相同点：岩石和土一样，也是由固体、液体和 气体三相组成的。

4. 何谓结构面？从地质成因上和力学成因上结构面可划分为哪几类？各有什么特点？

结构面指地质历史发展过程中，在岩体内形成的具有一定的延伸方向和长度，厚度相对较小的地质界面或带。（一）地质成因类型 原生结构面 构造结构面 次生结

内容比较详细全面,可以作为学习资料研读。

一、填空题（本大题共5小题，每小题3分，总计15分）

1、工程上常用不同粒径颗粒的相对含量来描述土的颗粒组成情况，这种指标称为粒度成分。 2、土层中的毛细水带分：正常毛细水带、毛细网状水带、毛细悬挂水带三种。 3、粘性土可塑性大小可用塑性指数来衡量。用液性指数来描述土体的状态。

4、有效应力原理指：土的有效应力等于总应力减去孔隙水压力；土的有效应力控制了土的变形及强度性能。

5、动水力指水流作用在单位体积土体中土颗粒上的力。

二、选择题（在每个小题四个备选答案中选出一个正确答案，填在下面表格中） （本大题共5小题，每小题3分，总计15分））

1、已知土的 17KN/m3、 s 27.2KN/m3、w 10%，则孔隙比为（ ）

（A）0.66 （B）0.76 （C）0.86 （D）0.96

2、已知某粘性土的液限为42%，塑限为22%，含水量为52%，则其液性指数、塑性指数分别为：

（A） 20、1.5 （B） 20、30 （C） 1.5、20 （D） 1.5

内容比较详细全面,可以作为学习资料研读。

一、填空题（本大题共5小题，每小题3分，总计15分）

1、工程上常用不同粒径颗粒的相对含量来描述土的颗粒组成情况，这种指标称为粒度成分。 2、土层中的毛细水带分：正常毛细水带、毛细网状水带、毛细悬挂水带三种。 3、粘性土可塑性大小可用塑性指数来衡量。用液性指数来描述土体的状态。

4、有效应力原理指：土的有效应力等于总应力减去孔隙水压力；土的有效应力控制了土的变形及强度性能。

5、动水力指水流作用在单位体积土体中土颗粒上的力。

二、选择题（在每个小题四个备选答案中选出一个正确答案，填在下面表格中） （本大题共5小题，每小题3分，总计15分））

1、已知土的 17KN/m3、 s 27.2KN/m3、w 10%，则孔隙比为（ ）

（A）0.66 （B）0.76 （C）0.86 （D）0.96

2、已知某粘性土的液限为42%，塑限为22%，含水量为52%，则其液性指数、塑性指数分别为：

（A） 20、1.5 （B） 20、30 （C） 1.5、20 （D） 1.5

关于计算岩土力学发展前景的几点看法

提要岩土工程建设至今还不能脱离经验，但岩土力学的长足进展已使许多工程的设计逐渐摆脱完全依赖经验或半经验的状况，数值计算在未来的岩土工程设计中将会占据越来越重要的位置。本文探讨了计算岩土力学近期可有取得的进展并应加强研究的几个问题。

一、前言

有限元法在我国普及的初期，许多工程师对数值分析能否解决实际问题曾抱着怀疑的态度，但是不少有识的技术领导还是给予热情的支持。记得上世纪80年代初在组织三峡深水围堰第一轮多单位协作分析计算时，长江水利委员会司兆乐总工曾提出计算分析结果能达到“精确定性、粗略定量”的目标。到今天，虽然不能说这一目标已完全实现，但对相当一部分岩土工程来说，做到这一点已没有困难。当然，岩土工程的设计和施工在今后相当长的时期内仍需要工程师们的经验，但是，在科学技术飞速发展的今天，数值分析技术必将越来越成为人们必须依赖的工具。

同样，在岩土力学研究中，计算也已成为和实验一样不可或缺的手段。在某些特殊情况下数值模拟甚致可以代替实验。而离心模型试验与数值模拟的相互配合，已经成为解决岩土工程问题的一个重大研究方向。

本文将就21世纪岩土工程数值分析的发展前景提出一些看法，基于作者专业知识的局

10 岩土力学复习题

一、本课程答疑时间：

（1）周4下午 土木工程教研室

（2）实验课时间：1. （周/星期/节/日期）：12/2/5-10(5月14日)

2. 13/2/5-10(5月21日)，14/1/5-10 (5月27日)，

15/1/5-10 (6月3日) 15/2/5-10 (6月4日)

（3）其余时间可通过QQ, 短信，或电话答疑

（4）若需统一答疑，请各班班长定好时间地点后通知我

老师联系方式： 1051525841@qq.com 复习可参考题库:已经发给各班长 二、时间、地点

15周三上午3~4节： 交土1-2：L2205

建工1-4： L2211 L2305

一、名词解释

土的孔隙比 渗透性 有效应力 欠固结土 岩石的软化性

基底压力 粉土 不固结不排水试验 . 角点沉降系数 .主动土压力 瞬时沉降 欠固结土 压缩曲线 原始压缩曲线 应力路径 固结度 饱和度 水力坡降 塑性指数 极限承载力

二、填空题

1、三相比例指标及其测量方法

2．

1. 某原状土样的体积为76cm3,湿土质量为0.126kg,干土质量为0.1043kg,土粒的相对密度为2.60。求土样的密度、重度、干土密度、干土重度、含水量、孔隙比、饱和土重度及有效重度。

2. 某中砂层在地下水位以下，经测定得知：饱和容重?sat?19.9KN/m3，ds?2.60，问该砂层的天然孔隙比为多少？如又测得其最疏和最密时的孔隙比分别为0.64和0.56，求其相对密度Dr的值，并按Dr的大小确定该砂层所处的物理状态。

3. 一体积为100cm3的原状土样，其湿土质量为0.19kg，干土质量为0.148kg，土粒的相对密度为2.71，试求土的含水量?、重度?、孔隙比e和浮重度?'。 4. 某土样处于完全饱和状态，土粒的相对密度为2.65，含水量为27.17%，试求土样的孔隙比e和重度?。

5. 某砂样的天然密度为1.74t/m3，含水量为20%，土粒的相对密度为2.65，最大干密度为1.67t/m3，最小干密度为1.39t/m3。试求其相对密实度Dr，并测定其密实程度。

6. 在某土层中，用体积为72cm3的环刀取样。经测定，土样质量为129.1g，烘干质量121.5g，土粒相对密度为2.70，问该土样的含水量、湿重度、饱和重

1. 某原状土样的体积为76cm3,湿土质量为0.126kg,干土质量为0.1043kg,土粒的相对密度为2.60。求土样的密度、重度、干土密度、干土重度、含水量、孔隙比、饱和土重度及有效重度。

2. 某中砂层在地下水位以下，经测定得知：饱和容重?sat?19.9KN/m3，ds?2.60，问该砂层的天然孔隙比为多少？如又测得其最疏和最密时的孔隙比分别为0.64和0.56，求其相对密度Dr的值，并按Dr的大小确定该砂层所处的物理状态。

3. 一体积为100cm3的原状土样，其湿土质量为0.19kg，干土质量为0.148kg，土粒的相对密度为2.71，试求土的含水量?、重度?、孔隙比e和浮重度?'。 4. 某土样处于完全饱和状态，土粒的相对密度为2.65，含水量为27.17%，试求土样的孔隙比e和重度?。

5. 某砂样的天然密度为1.74t/m3，含水量为20%，土粒的相对密度为2.65，最大干密度为1.67t/m3，最小干密度为1.39t/m3。试求其相对密实度Dr，并测定其密实程度。

6. 在某土层中，用体积为72cm3的环刀取样。经测定，土样质量为129.1g，烘干质量121.5g，土粒相对密度为2.70，问该土样的含水量、湿重度、饱和重

土工试验
上海大学土木工程系 孙德安 2013.04 部分参考：李广信《高等土力学》第一章

土工试验内容 1 室内单元试验(element test) 2 模型试验(model test) 3 原位测试与现场观测 (in(in -situ observation)

土力学中试验与测试的作用 1.揭示土的力学性质和规律— 了解特定的土物理力学性质→理论的建立 2.设计参数与理论模型的参数确定 3.验证理论与数值计算 4.模型试验、足尺试验用以解决实际工程 问题: 问题 :设计与方案比较与确定 5.原位测试、现场监测为数值计算的反分析、 安全评价和信息化施工服务

第一节 室内单元试验 ? 测定土的物理特性 ? 测定土的力学特性 ? 测定土的化学特性

基本工程性质
颗分
r t, G s
w,wp, wl
LI
St
Yield stress

测定土的物理特性，包括： 1.含水量，土体密度，土颗粒密度，级配 1. 含水量，土体密度，土颗粒密度，级配 （筛分和比重计），液塑限联合测定
2.击实试验 2. 击实试验

Gs = =
土粒质量 同体积纯水质量 干土质量 干土质量 + 瓶加水质量 ? 瓶加土加水质量
土颗粒比重
级配

烘干法

液塑限

Cone 液塑限

液塑限联合测定

击实试验
轻型
重型