巖土工程有限元分析中的若干問題分析

摘 要：巖土工程是服務于人類的重要工程項目，為保障巖土工程的建設質量和建設效率，可運用有限元分析完成對巖土工程的解讀，從而推動巖土工程的施工順利完成。然而，巖土工程有限元分析中的一些問題切實存在，影響巖土工程質量與效果。基于此，針對巖土工程有限元分析展開解讀，分析存在的若干問題，旨在提升巖土工程質量，控制巖土工程風險。

關鍵詞：巖土工程；有限元分析；若干問題；風險

巖土工程是一種涉及諸多內容的項目類型，涉及巖土勘察、施工規(guī)劃和風險處理。巖土工程可選擇有限元分析的方式，完成對巖土工程的風險分析、巖土工程穩(wěn)定分析等。但是，在實際巖土工程有限元分析中，一些問題是確實存在的，影響巖土工程風險和穩(wěn)定分析效果，就可能會導致巖土工程安全事故的發(fā)生，亟需改進。基于此，本文對巖土工程有限元分析展開解讀，分析具體存在的幾點問題，具體內容如下。

1 巖土工程有限元分析

巖土工程中，運用有限元法可以完成對諸多問題的處理，從而達到降低巖土工程風險的目的。

（1）定義安全系數。巖土工程中，運用有限元法，可以完成安全系數的定義，再結合巖土工程的具體的破壞程度，展開調整。例如：在分析巖土工程中的滑坡工程，可選擇強度貯備系數展開計算，并運用降低巖土強度達到破壞的效果，進而完成有限元的計算。（2）有限元分析原理。具體的有限元分析，主要是建立在莫爾-庫侖計算方法。運用有限元分析時，需要不斷降低滑坡巖土抗剪強度，直至發(fā)生結構損壞。借助破壞時間，可以得到強度貯備系數。對于地基的分析中，借助有限元分析方法，可以完成對極限荷載的分析，從而得到巖土工程的極限荷載。（3）有限元分析的優(yōu)勢。選擇有限元分析可以具備數值分析和經典分析的全部優(yōu)勢，從而有效完成對巖土工程的控制，選擇有限元分析方法，對于滑面位置和形狀的要求不大，可以直接展開邊坡安全系數計算，并得到準確的結果，還可以直接對強度貯備和畫面系數進行計算，且不需要展開破壞位置的假設，從而得到有效的極限承載力。選取有限元分析可以有效的適用到復雜的巖土工程中，且具有較強的抗干擾能力。運用有限元分析中的極限有限元分析方法，可規(guī)避幾何形狀、邊界條件和材料等問題的干擾，降低巖土工程中有限元分析的限制。總而言之，運用巖土工程有限元分析可以準確、清晰的將計算結果進行戰(zhàn)術，具有方便和快捷的優(yōu)勢。

2 巖土工程有限元分析中的若干問題

結合巖土工程的基本情況，可順利展開有限元分析。但是，不可否認的是有限元分析確實存在一些問題，導致巖土工程有限元分析受到干擾，故此，詳細展開巖土工程有限元問題分析。

2.1 初始地應力場問題

初始地應力場問題是巖土工程有限元分析中的重要問題，需要加強對初始地應力場的解讀。在對初始地應力場的獲取時，可以借助實測數據反分析。還能借助實測的點位情況，完成對地應力值的測定，再運用簡單回歸的方式，完成對應力分量函數的獲取。（1）可以選擇按照地應力公式直接送往高斯點的方式進行施加。（2）選擇邊界施加面力荷載，內部施加自重荷載，運用計算，得到具體分布情況。兩組方式存在不同特點和缺陷，其中第一種具有較高應用過程，確對下一個增量步造成影響。第二種，存在對復雜應力場描述不全面的情況，且主要以地應力分布簡單巖土工程為主要應用工程。

2.2 開挖荷載計算問題

開挖荷載同樣是巖土有限元分析中的重要問題。其中開挖力是指挖掉的部分的單元體通過開挖界面和剩下單元之間作用力。對于開挖荷載的有限元分析中，可能會出現(xiàn)等效節(jié)點不清的情況，也就導致巖土工程分析效果不夠理想。此外，還可以按照如下公式：

按照設一公式，可以完成對開挖的等效節(jié)點力的計算，在滿足高斯點給出的應力值基礎上，達到提升計算精度的目的，從而完成對開挖荷載問題的處理和分析，降低偏差。

2.3 滲透作用下的等效節(jié)點力計算問題

在具體的有限元分析中，需對等效節(jié)點力展開有效分析。在實際的巖土工程分析中，滲透作用對等效節(jié)點力會造成影響，這也就增加了有限元分析難度。故此，巖土工程有限元分析中，需要對滲流場進行優(yōu)先計算。在具體的滲流場計算中，可以對滲流場中的任何一個單元的單位滲透率進行求解，再對被水浸潤任意單元內的任一點的水頭值進行計算，最后運用如下公式，可以完成對某一具體單元在滲透作用下的等效節(jié)點力，并完成對有限元分析滲透作用下的等效節(jié)點力問題的處理。

2.4 材料極不均勻體問題

有限元分析中，可以規(guī)避形狀和邊界問題的干擾。但是，巖土工程中存在土墻混凝土心墻和壩殼料、注漿錨桿等均屬于材料極不均勻體。針對材料不均勻體問題主要選擇在不同介質界面之間設置接觸單元的方式，完成對材料不均勻問題的處理。

2.5 土體固結問題

巖土工程中，運用有限元方法，可以完成對土體固結問題的分析大師，且將土骨架的位移和孔壓作為解變量。但是，由于二者之間的量級差異明顯，也就會導致巖土工程有限元分析的剛度矩陣元素在數值確實存在差異，進而導致矩陣病態(tài)的情況存在。針對這類病態(tài)，可以選擇通常采用歸一化的方法，達到消除矩陣病態(tài)的問題。其具體的方法為：

按照這類處理方式，可以完成對巖土工程中土體固結問題的處理，解決土骨架的位移和孔壓作為解變量的量級差異問題，從而保障巖土工程分析質量和分析效果，促使巖土工程分析的效果和質量提升，推動巖土工程施工質量和效果。

3 提升有限元分析法計算精度的方式

為保障有限元法在巖土工程中的有效應用，需合理展開對有限元精度提升方法進行分析。具體的提升精度方法如下。

（1）需要選取一個成熟可靠和功能的有限元程序，可以選擇國際公認的程序，這些程序具有成熟度高和通用性強特點。

（2）選擇實用的巖土本構模型和強度準則，從而達到改善巖土工程計算精度的目的。

（3）為保障有限元法計算質量和計算精度，需要合理展開對計算范圍和網格規(guī)分的方式。結合自身計算經驗達到的提升計算精度的目的。具體的巖土工程有限元分析計算時，需對適當的網格密度進行考慮，主要是因為網格劃分的效果對巖土工程存在明顯的影響，如果過大，必然會導致計算誤差的情況產生。另外，對于部分重點部位，需要合理的展開局部加密的方式，達到提升有限元分析質量的目的。

4 結束語

根據巖土工程的基本情況，分析具體巖土工程有限元分析，再對具體有限元分析作用、原理和優(yōu)勢進行闡述。再結合巖土工程有限元分析的特點，綜合解讀有限元分析的若干問題，且對其進行優(yōu)化和改進。最后，根據巖土工程有限元分析方法需求，完成對有限元分析計算提升精度的措施進行解讀，從而推動巖土工程有限元分析質量，進而保障巖土工程的整體質量與安全，達到規(guī)避安全隱患和質量隱患的目的。

參考文獻

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作者簡介：馬路寒（1988-），女，河南鄭州人，碩士，助理工程師，研究方向：數值仿真工程應用。