裂隙岩体稳定性研究

裂隙岩体中包含着各类结构面，这些结构面的性质对裂隙岩体的稳定性具有重要影响。数值模拟方法被广泛应用于裂隙岩体稳定性研究之中，目前岩石力学数值计算方法可分为连续介质法、非连续介质法和连续/非连续介质混合法。

1.2.4.1　连续介质法

连续介质法将岩体等效为连续介质，将岩体简化成数学意义上的连续体来进行分析，包括有限元法、有限差分法和边界元法。有限元法(FEM)是一种将连续体离散化为若干个有限大小的单元体的集合，以求解连续体力学问题的数值方法。有限元法发展至今已非常成熟，是目前岩石力学中应用最为广泛的数值方法，为了弥补其在模拟岩体非连续结构面方面的不足，一些学者提出了专门模拟岩体结构面的特殊单元对其进行完善;有限差分法(FDM)是力学中将求解微分方程问题转化为求解差分方程的一种数值解法，有隐式和显式两种，目前被广为采用的是显式有限差分法，如ITASCA公司开发的FLAC软件就是基于显式有限差分法，在岩土工程界得到了广泛的应用;边界元法(BEM)是将力学中的微分方程的定解问题化为边界积分方程的定解问题，再通过边界的离散化与待定函数的分片插值求解的数值方法，在岩体力学工程问题中，边界元法非常适合模拟无限大区域，也是分析裂纹扩展最有效的方法。

1.2.4.2　非连续介质法

非连续介质法将岩体视为岩石和结构面的集合体，这种方法对于岩体的描述比较真实，能够模拟出岩体中局部的应力变形情况，主要包括离散单元法、不连续变形分析法(DDA)和数值流形元法(NMM)。由Cundall(1971)提出并由Lemos等(1985)、Cundall (1988)、Hart等(1988)改进的离散单元法是适合进行裂隙岩体应力变形分析的数值计算方法。由于能够充分考虑岩体中结构面的力学行为，离散单元法已成为解决岩体力学问题的一个重要手段，目前已经形成了一些比较成熟的商业软件，如UDEC和3DEC。不连续变形分析法是石根华和Goodman(1989)基于岩体介质非连续性理论提出的一种数值分析方法，它可以计算结构面的位错、滑移、开裂和旋转等大位移的静力和动力问题，不连续变形分析法的提出在世界岩石力学界引起了强烈反响。数值流形元法是石根华于1995年提出的，是一种包含有限元和解析法的高层次数值方法，在这种统一计算形式中，有限元法和不连续变形分析法是其中的两个特例，数值流形元法适合对岩体进行大变形分析，但由于对任意形状的覆盖，权函数的选取及解析积分的求解还存在一定的困难，因此还未得到广泛应用。

1.2.4.3　连续/非连续介质混合法

由于连续介质法和非连续介质法各有优缺点，两种方法并没有哪一种有绝对的优势，因此，在解决实际岩体工程问题时有时采用连续/非连续介质混合法，即混合使用连续介质法和非连续介质法。目前已有学者提出了一些混合模型，如DEM/BEM混合模型(Lorig＆Brady，1982、1984、1986)、DEM/DFN混合模型(Wei＆Hudson，1998)、DEM/FEM混合模型(Pan＆Reed，1991)、BEM/FEM混合模型(Pottler＆Swoboda，1986)。这种方法能够使连续介质法和非连续介质法互为补充，更加准确地刻画裂隙岩体的力学行为。