基于混合单元的地下洞室断层结构有限元分析

摘要

地质断层分析一直是岩土工程数值模拟的一个难点问题.以已有的地质断层建模方法为基础,提出了基于混合单元方法的地质断层分析方法.该方法首先根据四面体、四棱锥、三棱柱等非六面体与六面体间存在的形状退化关系,推导了非六面体形函数的通用格式.该通用形函数基于8节点六面体的形函数格式,符合形函数的定义和构造形函数的要件.然后,给出了使用这类通用形函数进行有限元计算的程序层面处理方法,可实现包含多种类型单元的混合单元模型的有限元计算.由于该方法不需针对每种单元类型专门构造形函数,故可较大节省程序编制的规模和难度.最后,将该算法运用于一个简单算例,并与通用软件计算结果比较,可验证该算法的精度.进一步将该算法运用于地下洞室的断层分析,发现计算成果符合一般规律,也与通用软件计算成果相近,表明该算法运用于实际工程的有效性和可靠性,以及程序中相应模块处理的合理性,为混合单元的计算提供了一个新的思路.