巖土項目有限元教學策略

1、巖土項目有限元教學策略 隨著有限元仿真技術的發(fā)展，數值模擬仿真技術的應用越來越廣泛，特別是在物理模型試驗研究條件不允許或較為困難的各類行業(yè)中。因此，在巖土工程專業(yè)相關教學中數值計算方法占據重要地位。但由于其所涉及的數學力學知識往往使初學者望而生畏。通過課程的學習可以讓學生學習和了解現代巖土工程研究領域實際工程中數值計算方法的應用，提高學生對數值計算的興趣，同時使學生綜合掌握相關的數學、力學、巖土力學等相關專業(yè)知識。為提高學生的實際應用能力，本文采用工程實例的教學方法，通過巷道開挖的計算來說明巖土工程數值計算方法的教學方法，深入簡出，使學生容易理解。 1巷道開挖計算分析的簡要教學過程 11模型建

2、立簡要向學生介紹有限元模型單元的劃分、單元類型的選擇、開挖方法的設置、邊界條件等知識，根據學生的興趣進行相關知識的詳細介紹。所建立的數值模型如圖1所示。首先介紹計算模型，為在地層中開挖中部和兩側共三個巷道，計算分析由于巷道開挖對圍巖應力、變形的影響。根據實際情況，在模型垂直方向所加的垂直荷載為o32mpa，水平方向不加荷載。之所以沒有水平應力，是因為試驗時模型為上下表面加載，模擬平面應力狀態(tài)下的模型受力破壞過程，為防止模型在四面加壓時向厚度方向產生較大變形而過早破壞，所以僅在模型上下表面加壓，而在左右兩面進行位移約束。其次介紹模型建立的具體步驟。步驟一：設置分析標題(softrocktunne

3、1)及工作文件名(hd1)：步驟二：定義單元類型：s0lid65：步驟三：定義材料性質：在isotropicmateriaproperties中定義楊氏模量565mpa，對泊松比02，密度1600：步驟四：定義材料非線性計算模型：步驟五：通過布爾運算創(chuàng)建基本模型；步驟六：設定分析模塊(structura1)：步驟七：設置網格單元形狀，尺寸且對模型劃分網格：對未開洞模型，采用映射劃分網格模式，對開洞模型，因為模型規(guī)律性不強，特采用掃掠劃分網格模式：步驟八：進入求解器和定義分析類型和選項；步驟九：設置輸出控制(verysubstep)：步驟十：設置荷載選項并加載；步驟十一：進行計算。 12計算結果

4、分析在計算結果的教學中，重點向學生介紹由于巷道的開挖而造成的圍巖應力變化，將數值計算結果的直觀性體現出，激發(fā)學生的學習興趣同時向學生介紹詳細的計算結果，如圖2所示。自然條件下應力在巖體中沿著鉛垂方向和水平方向傳遞，使巖體中任一單元體都處于三向應力平衡狀態(tài)。但在巖體中開挖巷道后，巷道周圍巖體原有的應力平衡隨即遭到破環(huán)，巷道周邊巖體便由原來的三向應力變?yōu)槎驊?，同時，由于巷道頂板巖體失去支撐，巷道頂部巖體的重力轉移到巷道的兩幫，使巷道兩幫巖體中的鉛垂應力增大，而原來由巷道內巖體傳遞的水平應力，由于巷道空間的形成，水平應力只能通過頂底板互相傳遞，因而，也使巷道頂底板巖體的水平應力發(fā)生變化。 2小結 通過對計算模型應力和位移的分析，得知此半圓拱形巷道圍巖應力及塑性區(qū)的分布規(guī)律和位移分布的規(guī)律，計算結果與相關模型實驗結果比較吻合。由此在教師指導下，在學生掌握巖土工程有限元的基本理論知識和基本操作技能的基礎上，激發(fā)學生的學習熱情，通過學生自己操作，培養(yǎng)學生