摘要：逐渐发展起来的一些岩土分析手段与数学理论，如信息量法、层次分析法、随机模拟
法、无网络法、数值流形法、离散元法、分形理论、可靠度分析、人工神经元网络和智能岩石力
学等，已经呈现出综合应用的趋势，对于岩体力学研究而言，岩石破坏过程的渐进性、岩体
内部初始损伤的存在及块体之间的不连续特征是必须考虑的因素，因此建立在连续介质力
学基础上的传统有限单元法具有明显的局限性。各种新方法的涌现从不同方面推动了岩石力
学数值计算方法的进步。

 

　　

 关键词：岩土数值模拟 有限元法 无网络伽辽金法扩展有限元法数值流形法离散元法 

　　

Abstract: gradually developed some geotechnical analysis method and mathematical theory, 

such as information method, the analytic hierarchy process (ahp), random simulation method, the 
numerical  manifold  method,  no  network,  discrete  element  method,  fractal  theory,  reliability 
analysis,  artificial  neural  network  and  intelligent  rock  mechanics  etc,  has  presented  a 
comprehensive  application  trend,  for  research  in  rock  mechanics,  rock  failure  process  of  rock 
mass  progressive,  the  existence  of  the  internal  initial  damage  and  block  the  discontinuous 
characteristics between is must consider factors so based on continuum mechanics on the basis of 
the traditional finite element method has obvious limitation. All kinds of the emerging of the new 
method  from  different  aspects  promote  the  rock  mechanics  numerical  calculation  method  of 
progress. 
　　

Keywords: geotechnical numerical simulation finite element method without network petro-

galerkin  method  was  expanded  numerical  manifold  method  finite  element  method  of  discrete 
element method 
　　

 

　　

 

　　

 中图分类号：O241 文献标识码：A 文章编号： 

　　

 岩土数值模拟是否正确，其解决问题的重要基础仍然是地质工作，

“地质体运动真实

行为的理解比精确计算更为重要

”。基础工作主要是研究地球内外动力作用的规模、机制和发

展演化规律及所产生的不良地质问题，对之进行分析、评价以及提出有效的防治对策和措施。
传统的岩土工程地质评价方法有自然历史分析法、工程地质对比法、模型模拟试验法、图解法
等。

 

　　

 纯粹数值模拟方法的研究，近年来重新成为国际岩土工程界的热点。有限单元法、有限

差分法等传统数值方法的使用仍然是解决实际应用性岩土工程问题的主要方法。近年来，逐
渐发展起来的一些分析手段与数学理论，如信息量法、层次分析法、随机模拟法、无网络法、
数值流形法、离散元法、分形理论、可靠度分析、人工神经元网络和智能岩石力学等，已经呈
现出综合应用的趋势。

 

　　

 目前，有限元法显然成为计算力学中解决工程问题的主要数值手段，然而随着其应用

范围的扩展，其固有的一些缺陷也日益突出。在金属冲压成形、高速碰撞、流固耦合等涉及特
大变形的领域中，基于拉格朗日法的有限元划分网格可能产生严重的扭曲，甚至使得单元
的雅可比行列式为负值，不仅在计算中需要网格重构，而且严重地影响解的精度；对高速
冲击等动态问题，显式时间积分的步长取决于有限元网格的最小尺寸，因而网格的扭曲将
使得时间积分步长过小，这将大幅度地增加计算工作量，降低运算效率；对裂纹的动态扩
展问题，由于裂纹的扩展方向不能提前确定，在计算过程中不断地重新划分网格以模拟裂
纹的动态扩展过程成为难题。由于有限元近似基于网格，因此必然难于处理与原始网格线不
一致的不连续性和大变形。网格重构不仅计算费用昂贵，而且会损害计算精度。鉴于此，近
些 年 来 国 际 上 许 多 著 名 的 计 算 力 学 学 者 ， 如

  T.  Belytschko ，   O.C.  Zienkiewicz ， S.N. 

Atluri，J.T. Oden，W.K. Liu 等都对无网格方法表现出了极大的兴趣，并进行了大量的研究