有限元分析软件在地下建筑专业本科生教学中的应用

摘要：将有限元分析软件Rocscience.Phase2引入地下建筑专业本科生教学中，该软件适用于二维分析，操作简单，结果形象直观，可提高学生对地下建筑结构在各种工况下的应力应变产生感性认识。

关键词：有限元分析 Phase2软件 地下建筑 本科生教学

1 引言

针对现在本科生教学中偏重理论，难于实践。特别是工程专业的学生，由于学校要考虑学生的安全问题和教学时间、经费问题，鲜有机会去工程现场进行教学讲解，学生对工程实体和老师课堂上所讲理论普遍缺乏感性认识，而本科生教育较于高职高专教育又要求我们对本学科的一些理论研究和前沿方法有所了解认识，并且有一部分优秀本科毕业生将继续深造。有限元分析软件正好调解了掌握理论和对工程实体感性认识的矛盾，集当下工程研究领域前沿方法和直观的工程特性分析于一体。针对不同需求，市场上有不同层次成熟的有限元分析软件，如：Phase2、Ansys、ABAQUS、DYNA、NASTRAN等。

2 Rocscience.Phase2介绍

Phase2是一款有限元分析工具，它可以用来计算地下或地表洞穴周围的压力和位移。它可以用在很广泛的工程项目中，包括在不稳固岩体上建造隧道的复杂问题，地下发电站洞窟，诸如露天采矿挖掘，以及岩体或土壤上的斜坡。

本文中使用的是Rocscience.Phase2.v5.047版本。

3 软件实例

在地表以下760m深度处的岩体中开挖一洞径5m的水平圆形隧洞，假定岩体的天然应力为静水压力状态，岩体的天然密度 。确定洞室断面，以三倍洞径为围岩范围。自动生成节点，节点数洞周80个，围岩外围84个。用三角形网格划分单元，生成节点共1069个，生成单元2052个。假设围岩为均质连续弹性体，结构面上凝聚力C=12Mpa,内摩擦角 = 35°，忽略拉力，使用Mohr-Coulomb判据。

作用在岩体上的荷载是地应力，主要是重力地应力和构造地应力。在洞室深埋情况下，一般可把地应力简化为均布垂直地应力和水平地应力，加在岩体周边上。地应力的数值原则上应由实际来确定，但由于地应力测试工作费时费钱，工程中一般很少进行测试。对于深埋的洞室，通常的作法是把垂直地应力按重力计算，侧压系数则根据当地地质资料和设计人员经验估计确定。对于浅埋洞室，垂直应力和侧压系数均按重力地应力场计算确定。

4 结论

（1）本文仅作介绍性说明，故实例考虑较简单，有些数据可能与实际情况有出入，此处不再深入讨论。

（2）软件可考虑进地下水、地震、不同地层用弹性或塑性理论计算、支护衬砌（包括锚杆安设）等不同工况。

（3）软件操作简单，界面友好。按照有限元分析方法逐步建立模型，输入参数，软件自动计算，显示结果形象直观。

（4）该软件尤适用于初学有限元法的地下建筑专业学生或工程类学生使用

参考文献

[1]陈建平 吴立 闫天俊 许文峰.地下建筑结构[M].北京：人民交通出版社，2008.28~51，112~126.

[2] 刘佑荣 唐辉明.岩体力学[M].武汉：中国地质大学出版社，1999.

[3] 李智毅 杨裕云.工程地质学概论[M].武汉：中国地质大学出版社，1994.59~67.

[4]江见鲸 何放龙 何益斌 陆新征.有限元法及其应用[M].北京：机械工业出版社，2006.1~7.

[5]郭乙木 陶伟明 庄茁.线性与非线性有限元及其应用[M].北京：机械工业出版社，2004.1~28,322~327.

[6] 徐干成 白洪才 郑颖人 刘朝.地下工程支护结构[M].北京：中国水利水电出版社,2002.103~104

作者简介：甄亮 男 湖北黄冈人 1986.11中国地质大学（武汉）工程学院在校本科生

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