摘 要：巖土工程是服務(wù)于人類的重要工程項(xiàng)目，為保障巖土工程的建設(shè)質(zhì)量和建設(shè)效率，可運(yùn)用有限元分析完成對(duì)巖土工程的解讀，從而推動(dòng)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(wèn)題切實(shí)存在，影響巖土工程質(zhì)量與效果?；诖耍槍?duì)巖土工程有限元分析展開(kāi)解讀，分析存在的若干問(wèn)題，旨在提升巖土工程質(zhì)量，控制巖土工程風(fēng)險(xiǎn)。

關(guān)鍵詞：巖土工程；有限元分析；若干問(wèn)題；風(fēng)險(xiǎn)

巖土工程是一種涉及諸多內(nèi)容的項(xiàng)目類型，涉及巖土勘察、施工規(guī)劃和風(fēng)險(xiǎn)處理。巖土工程可選擇有限元分析的方式，完成對(duì)巖土工程的風(fēng)險(xiǎn)分析、巖土工程穩(wěn)定分析等。但是，在實(shí)際巖土工程有限元分析中，一些問(wèn)題是確實(shí)存在的，影響巖土工程風(fēng)險(xiǎn)和穩(wěn)定分析效果，就可能會(huì)導(dǎo)致巖土工程安全事故的發(fā)生，亟需改進(jìn)?；诖?，本文對(duì)巖土工程有限元分析展開(kāi)解讀，分析具體存在的幾點(diǎn)問(wèn)題，具體內(nèi)容如下。

1 巖土工程有限元分析

巖土工程中，運(yùn)用有限元法可以完成對(duì)諸多問(wèn)題的處理，從而達(dá)到降低巖土工程風(fēng)險(xiǎn)的目的。

（1）定義安全系數(shù)。巖土工程中，運(yùn)用有限元法，可以完成安全系數(shù)的定義，再結(jié)合巖土工程的具體的破壞程度，展開(kāi)調(diào)整。例如：在分析巖土工程中的滑坡工程，可選擇強(qiáng)度貯備系數(shù)展開(kāi)計(jì)算，并運(yùn)用降低巖土強(qiáng)度達(dá)到破壞的效果，進(jìn)而完成有限元的計(jì)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(kù)侖計(jì)算方法。運(yùn)用有限元分析時(shí)，需要不斷降低滑坡巖土抗剪強(qiáng)度，直至發(fā)生結(jié)構(gòu)損壞。借助破壞時(shí)間，可以得到強(qiáng)度貯備系數(shù)。對(duì)于地基的分析中，借助有限元分析方法，可以完成對(duì)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(shì)。選擇有限元分析可以具備數(shù)值分析和經(jīng)典分析的全部?jī)?yōu)勢(shì)，從而有效完成對(duì)巖土工程的控制，選擇有限元分析方法，對(duì)于滑面位置和形狀的要求不大，可以直接展開(kāi)邊坡安全系數(shù)計(jì)算，并得到準(zhǔn)確的結(jié)果，還可以直接對(duì)強(qiáng)度貯備和畫面系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，且不需要展開(kāi)破壞位置的假設(shè)，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(fù)雜的巖土工程中，且具有較強(qiáng)的抗干擾能力。運(yùn)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(wèn)題的干擾，降低巖土工程中有限元分析的限制。總而言之，運(yùn)用巖土工程有限元分析可以準(zhǔn)確、清晰的將計(jì)算結(jié)果進(jìn)行戰(zhàn)術(shù)，具有方便和快捷的優(yōu)勢(shì)。

2 巖土工程有限元分析中的若干問(wèn)題

結(jié)合巖土工程的基本情況，可順利展開(kāi)有限元分析。但是，不可否認(rèn)的是有限元分析確實(shí)存在一些問(wèn)題，導(dǎo)致巖土工程有限元分析受到干擾，故此，詳細(xì)展開(kāi)巖土工程有限元問(wèn)題分析。

2.1 初始地應(yīng)力場(chǎng)問(wèn)題

初始地應(yīng)力場(chǎng)問(wèn)題是巖土工程有限元分析中的重要問(wèn)題，需要加強(qiáng)對(duì)初始地應(yīng)力場(chǎng)的解讀。在對(duì)初始地應(yīng)力場(chǎng)的獲取時(shí)，可以借助實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)反分析。還能借助實(shí)測(cè)的點(diǎn)位情況，完成對(duì)地應(yīng)力值的測(cè)定，再運(yùn)用簡(jiǎn)單回歸的方式，完成對(duì)應(yīng)力分量函數(shù)的獲取。（1）可以選擇按照地應(yīng)力公式直接送往高斯點(diǎn)的方式進(jìn)行施加。（2）選擇邊界施加面力荷載，內(nèi)部施加自重荷載，運(yùn)用計(jì)算，得到具體分布情況。兩組方式存在不同特點(diǎn)和缺陷，其中第一種具有較高應(yīng)用過(guò)程，確對(duì)下一個(gè)增量步造成影響。第二種，存在對(duì)復(fù)雜應(yīng)力場(chǎng)描述不全面的情況，且主要以地應(yīng)力分布簡(jiǎn)單巖土工程為主要應(yīng)用工程。

2.2 開(kāi)挖荷載計(jì)算問(wèn)題

開(kāi)挖荷載同樣是巖土有限元分析中的重要問(wèn)題。其中開(kāi)挖力是指挖掉的部分的單元體通過(guò)開(kāi)挖界面和剩下單元之間作用力。對(duì)于開(kāi)挖荷載的有限元分析中，可能會(huì)出現(xiàn)等效節(jié)點(diǎn)不清的情況，也就導(dǎo)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(shè)一公式，可以完成對(duì)開(kāi)挖的等效節(jié)點(diǎn)力的計(jì)算，在滿足高斯點(diǎn)給出的應(yīng)力值基礎(chǔ)上，達(dá)到提升計(jì)算精度的目的，從而完成對(duì)開(kāi)挖荷載問(wèn)題的處理和分析，降低偏差。

2.3 滲透作用下的等效節(jié)點(diǎn)力計(jì)算問(wèn)題

在具體的有限元分析中，需對(duì)等效節(jié)點(diǎn)力展開(kāi)有效分析。在實(shí)際的巖土工程分析中，滲透作用對(duì)等效節(jié)點(diǎn)力會(huì)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(duì)滲流場(chǎng)進(jìn)行優(yōu)先計(jì)算。在具體的滲流場(chǎng)計(jì)算中，可以對(duì)滲流場(chǎng)中的任何一個(gè)單元的單位滲透率進(jìn)行求解，再對(duì)被水浸潤(rùn)任意單元內(nèi)的任一點(diǎn)的水頭值進(jìn)行計(jì)算，最后運(yùn)用如下公式，可以完成對(duì)某一具體單元在滲透作用下的等效節(jié)點(diǎn)力，并完成對(duì)有限元分析滲透作用下的等效節(jié)點(diǎn)力問(wèn)題的處理。

2.4 材料極不均勻體問(wèn)題

有限元分析中，可以規(guī)避形狀和邊界問(wèn)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(duì)材料不均勻體問(wèn)題主要選擇在不同介質(zhì)界面之間設(shè)置接觸單元的方式，完成對(duì)材料不均勻問(wèn)題的處理。

2.5 土體固結(jié)問(wèn)題

巖土工程中，運(yùn)用有限元方法，可以完成對(duì)土體固結(jié)問(wèn)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(jí)差異明顯，也就會(huì)導(dǎo)致巖土工程有限元分析的剛度矩陣元素在數(shù)值確實(shí)存在差異，進(jìn)而導(dǎo)致矩陣病態(tài)的情況存在。針對(duì)這類病態(tài)，可以選擇通常采用歸一化的方法，達(dá)到消除矩陣病態(tài)的問(wèn)題。其具體的方法為：

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

3 提升有限元分析法計(jì)算精度的方式

為保障有限元法在巖土工程中的有效應(yīng)用，需合理展開(kāi)對(duì)有限元精度提升方法進(jìn)行分析。具體的提升精度方法如下。

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

（2）選擇實(shí)用的巖土本構(gòu)模型和強(qiáng)度準(zhǔn)則，從而達(dá)到改善巖土工程計(jì)算精度的目的。

（3）為保障有限元法計(jì)算質(zhì)量和計(jì)算精度，需要合理展開(kāi)對(duì)計(jì)算范圍和網(wǎng)格規(guī)分的方式。結(jié)合自身計(jì)算經(jīng)驗(yàn)達(dá)到的提升計(jì)算精度的目的。具體的巖土工程有限元分析計(jì)算時(shí)，需對(duì)適當(dāng)?shù)木W(wǎng)格密度進(jìn)行考慮，主要是因?yàn)榫W(wǎng)格劃分的效果對(duì)巖土工程存在明顯的影響，如果過(guò)大，必然會(huì)導(dǎo)致計(jì)算誤差的情況產(chǎn)生。另外，對(duì)于部分重點(diǎn)部位，需要合理的展開(kāi)局部加密的方式，達(dá)到提升有限元分析質(zhì)量的目的。

4 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)巖土工程的基本情況，分析具體巖土工程有限元分析，再對(duì)具體有限元分析作用、原理和優(yōu)勢(shì)進(jìn)行闡述。再結(jié)合巖土工程有限元分析的特點(diǎn)，綜合解讀有限元分析的若干問(wèn)題，且對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)。最后，根據(jù)巖土工程有限元分析方法需求，完成對(duì)有限元分析計(jì)算提升精度的措施進(jìn)行解讀，從而推動(dòng)巖土工程有限元分析質(zhì)量，進(jìn)而保障巖土工程的整體質(zhì)量與安全，達(dá)到規(guī)避安全隱患和質(zhì)量隱患的目的。

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作者簡(jiǎn)介：馬路寒（1988-），女，河南鄭州人，碩士，助理工程師，研究方向：數(shù)值仿真工程應(yīng)用。