西北农林科技大学：《计算土力学》第一章 概述

计算土力学 (1,2课) 主讲教师:张爱军

计算土力学 (1,2课) 主讲教师：张爱军

联系方式 Name:张爱军 Tel:8708295613991843800 E-mail: Zajanwsuafeducn

联系方式 Name：张爱军 Tel：87082956 13991843800 E-mail：Zaj@nwsuaf.edu.cn

课时安排 课程的名称:计算土力学 包括的主要内容: ◆岩土工程静力控制方程的建立 ◆土体本构模型简介 ◆有限元法理论 土体总应力分析方法一变形计算 ◆土体有效应力分析方法一固结计算 ◆差分法的应用一以渗流计算为例 其他分析方法简介 课时:总40学时,2个学分

课时安排 ◼ 课程的名称：计算土力学 ◼ 包括的主要内容： ◆ 岩土工程静力控制方程的建立 ◆ 土体本构模型简介 ◆ 有限元法理论 ◆ 土体总应力分析方法－变形计算 ◆ 土体有效应力分析方法－固结计算 ◆ 差分法的应用－以渗流计算为例 ◆ 其他分析方法简介 ◼ 课时：总40学时，2个学分

教材与主要参考文献 ◆朱百里、沈珠江.计算土力学.上海科学教育 出版社,1990 ◆龚晓南,土工计算机分析.中国建筑工业出 版社,200010 ◆谢康和,周健.岩士工程有限元分析理论与 应用.科学出版社,2002 ◆张爱军,谢定义.复合地基数值分析.科学出 版社,2004 ◆黄文熙.土的工程性质.水利电力出版社, 1983

◼ 教材与主要参考文献 ◆ 朱百里、沈珠江. 计算土力学. 上海科学教育 出版社，1990 ◆ 龚晓南，土工计算机分析. 中国建筑工业出 版社，2000.10 ◆ 谢康和，周健. 岩土工程有限元分析理论与 应用. 科学出版社，2002 ◆ 张爱军，谢定义. 复合地基数值分析. 科学出 版社，2004 ◆ 黄文熙. 土的工程性质. 水利电力出版社, 1983

第1章概述 NS1.1计算土力学的任务 计算土力学是用数值计算分析方法分 析岩土工程变形、应力、强度和稳定性 的科学,无论将土作为一种地基、建筑 材料或者结构物的环境,均会因为荷载、 渗流的作用产生变形、应力和稳定性问 题,计算土力学的任务就是要通过计算 分析解决与土有关的工程问题,提出合 理而经济的解决方案

第1章 概述 §1.1 计算土力学的任务 计算土力学是用数值计算分析方法分 析岩土工程变形、应力、强度和稳定性 的科学，无论将土作为一种地基、建筑 材料或者结构物的环境，均会因为荷载、 渗流的作用产生变形、应力和稳定性问 题，计算土力学的任务就是要通过计算 分析解决与土有关的工程问题，提出合 理而经济的解决方案

自重 地基 地震振动建筑材料 荷重等结构物环境 变形 应力 静力荷载 动力荷载岩土体 强度丧失 渗流 结构稳定 实际观测 渗透稳定? 解析方法 数值计算方法

渗透稳定 ？ 静力荷载 渗流 动力荷载 岩土体 应力 强度丧失 结构稳定 变形 地基 建筑材料 结构物环境 实际观测 解析方法 数值计算方法 自重 地震 振动 荷重等

有限元法 应用较广 数 有限差分法 应用较广 值无界元法 模拟无限边界 计边界元 算{流形元 前景好 方离散元 岩石节理 法拉格朗日法 大变形 非连续变形分析法 半解析元法 桩基 等等 数值计算是土力学理论与计算机科学发展 产生的,在目前应用很广,前景广阔

有限元法 应用较广 有限差分法 应用较广 无界元法 模拟无限边界 边界元 流形元 前景好 离散元 岩石节理 拉格朗日法 大变形 非连续变形分析法 半解析元法 桩基 等等 数 值 计 算 方 法 数值计算是土力学理论与计算机科学发展 产生的，在目前应用很广，前景广阔

◆数值计算方法的优点 ◆可以解决解析方法无法解的复杂问题 ◆可以模拟复杂边界条件 ◆可以模拟逐步加载、逐步卸载施工程序 ◆可以考虑土骨架与水的耦合作用 ◆可以分析不同加荷历史、不同应力路径对 于非线性本构关系的影响 ◆缺点 ◆计算复杂,费用高 ◆很多方法不够成熟,特别是由于土体本构 模型研究不成熟,影响计算的精度 般用于定性分析,也可以用于定量分析

◆ 数值计算方法的优点 ⧫ 可以解决解析方法无法解的复杂问题 ⧫ 可以模拟复杂边界条件 ⧫ 可以模拟逐步加载、逐步卸载施工程序 ⧫ 可以考虑土骨架与水的耦合作用 ⧫ 可以分析不同加荷历史、不同应力路径对 于非线性本构关系的影响 ◆ 缺点 ⧫ 计算复杂，费用高 ⧫ 很多方法不够成熟，特别是由于土体本构 模型研究不成熟，影响计算的精度 ⧫ 一般用于定性分析，也可以用于定量分析

◆计算结果举例: 灰坝二维固结计算 加高子坝 排水层 饱和沉积灰 初期坝 坝基粉质黏土 黑河三维渗流计算 ■■■■■■■■■■■■口 张峰大坝应力、变形计算 m (a)变形等值图 (b)变形矢量图

初期坝 坝基粉质黏土 加高子坝 排水层 饱和沉积灰 Drain layer Heighten dam Sediment fly ash Initial dam Clay in dam foundation 高 程(m) 长度 (m) 高 程(m) (m) 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 700 720 740 760 780 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 700 720 740 760 780 0.2 341.0 计算结果举例： 灰坝二维固结计算 黑河三维渗流计算 张峰大坝应力、变形计算 （a）变形等值图 （b）变形矢量图

§1.2计算土力学作用 平衡间题 特征值间题 瞬态间题 土体形变应力问题 土坝振动的固有频率饱和土与非饱和土的 基础梁、板分析 和振型分析 渗流固结分析 桩和桩群 结构物与土体系固有频率士和结构物相互作用 填方和深开挖 和振型分析 的时效 土坡稳定性 应力波在土中的传播 稳定渗流 有孔介质中的非稳定 近岸和离岸工程在风浪激渗流 结构物与士相互作用发下的动力响应 土体中的温度场 地下空间的形变应力 污染源的扩散与弥散

§1.2 计算土力学作用 平衡问题 特征值问题 瞬态问题 土体形变应力问题 土坝振动的固有频率 和振型分析 饱和土与非饱和土的 基础梁、板分析 渗流固结分析 桩和桩群 结构物与土体系固有频率 和振型分析 土和结构物相互作用 填方和深开挖 的时效 土坡稳定性 近岸和离岸工程在风浪激 发下的动力响应 应力波在土中的传播 稳定渗流 有孔介质中的非稳定 渗流 结构物与土相互作用 土体中的温度场 地下空间的形变应力 污染源的扩散与弥散