隧道力学数值方法

隧道力学数值方法PDF电子书下载

交通运输

作者：潘昌实主编
出版社：北京：中国铁道出版社
出版年份：1995
ISBN：711301903X
页数：395 页

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第一章绪论1

§1—1隧道力学的任务和研究范围1

目录1

§1—2隧道与地下结构物的设计模型2

§1—3几种常用的设计计算方法简介4

参考文献15

§2—1概述17

§2—2二维等参数单元17

第二章有限元和数值分析基础17

§2-3等参数单元的数值计算25

§2—4等参数单元的其它形式28

§2-5二维等参数单元等效节点荷载的计算29

§2—6二维有限元分析计算机子程序31

§2—7建立总刚度矩阵及程序编制44

§2-8静力分析中平衡方程的求解和程序编制50

§2-9求解平衡方程中计算误差的估计60

参考文献62

§3—2非线性问题的求解方法63

第三章隧道与地下结构弹塑性有限元分析63

§3—1概述63

§3—3岩土塑性力学基础与岩土的本构关系67

§3—4应力调整85

§3-5隧道与地下结构二维弹塑性有限元分析的方法和步骤87

§3-6计算机源程序GEOEPL2D89

§3-7算例119

参考文献124

第四章隧道与地下结构弹粘塑性有限元分析126

§4—1概述126

§4-2弹粘塑性理论基础126

§4-3连续介质力学几何非线性问题有限元分析132

§4—4二维弹粘塑性问题的求解方法与步骤140

§4—5隧道与地下结构二维弹粘塑性有限元分析计算机程序GEOVPL2D147

§4-6算例161

参考文献164

§5—1概述165

§5—2三维等参数单元165

第五章空间问题、无限元和节理单元165

§5—3无限单元170

§5—4三维有限元和无限元的有关电算子程序175

§5—5节理单元189

参考文献193

第六章边界单元法194

§6—1概述194

§6—2直接解法195

§6—3间接解法—虚拟应力法210

§6—4对称性的利用217

§6—5域内作用力（体力）的计算问题218

§6—6半无限平面问题221

§6—7弹塑性问题的边界单元法223

§6—8有限单元—边界单元耦合法227

§6—9程序设计230

参考文献255

§7—1概述256

§7—2运动方程的建立256

第七章隧道与地下结构动态问题的数值解法256

§7—3动荷载列阵、质量矩阵和阻尼矩阵的确定及边界条件的处理260

§7—4运动方程的求解方法263

§7—5非线性动态问题的显式时间积分解法与电算程序DYNEXP2D269

§7—6非线性动态问题的隐式时间积分解法与电算程序DYNIMP2D293

§7—7算例310

参考文献316

第八章结构动力分析中的特征值问题318

§8—1概述318

§8—2瑞利—李兹近似解法325

§8—3矢量迭代法327

§8—4广义雅可比法332

§8—5子空间迭代法342

参考文献346

附录一弹塑性力学基本公式348

附录二变分法357

附录三主应力空间与π平面上的应力分量360

附录四主应力由偏应力不变量和罗地角的表达式361

附录五算例输入、输出数据363

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摘要：本文以“隧道力学数值方法.pdf电子书版文档下载”为中心，详细阐述了隧道力学数值方法的基本概念、应用领域、研究现状和发展趋势，旨在为隧道工程领域的研究者和工程师提供有益的参考。

1、基本概念

隧道力学数值方法是一种基于数值计算技术解决隧道工程中力学问题的方法。它通过建立隧道结构的数学模型，运用数值分析方法对隧道结构的力学行为进行模拟和分析，从而为隧道工程设计、施工和运营提供科学依据。

隧道力学数值方法主要包括有限元法、离散元法、数值流固耦合法等。这些方法各有特点，适用于不同的隧道工程问题。

有限元法是一种将连续介质离散化为有限个单元的方法，通过求解单元内的力学平衡方程，得到整个结构的力学响应。离散元法是一种将结构离散化为有限个节点的离散体方法，通过求解节点间的相互作用力，得到整个结构的力学行为。数值流固耦合法是一种将流体和固体耦合在一起进行计算的方法，适用于隧道工程中流体和固体相互作用的问题。

2、应用领域

隧道力学数值方法在隧道工程领域具有广泛的应用。在隧道工程设计阶段，可以用于分析隧道结构的稳定性、承载能力、变形规律等，为工程设计提供依据。在隧道施工阶段，可以用于预测施工过程中的力学行为，指导施工过程。在隧道运营阶段，可以用于评估隧道结构的健康状况，为隧道维护提供参考。

例如，在隧道工程设计中，可以利用隧道力学数值方法分析隧道结构的稳定性，确定隧道结构的合理尺寸和施工方案。在隧道施工过程中，可以预测施工过程中的力学行为，如隧道围岩的变形、支护结构的受力等，从而指导施工过程，确保施工安全。在隧道运营阶段，可以评估隧道结构的健康状况，预测隧道结构的寿命，为隧道维护提供依据。

此外，隧道力学数值方法还可以应用于隧道工程中的其他问题，如隧道渗流、隧道地震效应、隧道火灾等。

3、研究现状

近年来，随着计算机技术和数值计算方法的不断发展，隧道力学数值方法在隧道工程领域得到了广泛应用。国内外学者对隧道力学数值方法进行了深入研究，取得了一系列成果。

在有限元法方面，研究者们针对隧道结构的非线性、大变形等问题进行了深入研究，提出了多种有限元模型和计算方法。在离散元法方面，研究者们针对隧道围岩的离散化、节点的相互作用等问题进行了研究，提出了多种离散元模型和计算方法。在数值流固耦合法方面，研究者们针对流体和固体耦合的复杂问题进行了研究，提出了多种数值流固耦合模型和计算方法。

此外，研究者们还针对隧道力学数值方法的应用进行了深入研究，如隧道结构的稳定性分析、施工过程模拟、运营阶段评估等。