《岩土工程数值法》课程教学大纲

《岩土工程数值法》教学大纲课程编号：632029课程名称：岩土工程数值法课程英文名称：NumericalAnalysisofGeotechnicalEngineering课程类别：学科基础课课程性质：必修课学时（理论+实践）：32学时（16+16）学分：2开课学期：七选用教材：《岩土工程数值法》佴磊等编著，吉林大学出版社，2007年第一版。主要参考书：1、《弹性力学问题的有限单元法》，华东水利学院，水利电力出版社，1988年出版。2、《数值法在岩土工程中的应用》，唐辉明主编，中国地质大学出版社，2002年出版。一、中英文课程简介：《岩土工程数值法》课程是工程地质、岩土工程、道桥工程、隧道与地下工程专业的重要必修课。该课程主要介绍有限元的基本理论及应用方法，通过该课程的学习，使学生掌握在弹性范围内平面及空间问题的应力应变解，并将结构体及地质体进行统一分析，给出工程结构与地质体相互作用的计算模式，使岩土稳定性评价更加科学合理。“NumericalAnalysisofGeotechnicalEngineering”isaprofessionalcourseofEngineeringGeology,GeotechnicalEngineering,RoadandBridgeEngineeringandTunnelandUndergroundEngineering.Thiscoursemainlyintroducesthebasicconceptionandtheapplicationmethodofthefiniteelementmethods.Throughthestudyofthebasictheoryandmethod,studentswillenabletomasterthestress-strainsolutionoftheplaneandspacesproblemsinelasticrange,unifiedanalyzethestructurebodyandgeologicbody,andputforwardthecalculationmodeoftheirinteractionrelationship,thegeotechnicalstabilityevaluationwillbetherebymorescientificandreasonable.二、课程目的、性质与任务岩土工程数值法是工程地质、岩土工程、道桥工程、隧道与地下工程专业的重要必修课。掌握有限元的基本理论及应用方法，对岩土体内应力、位移特征的计算分析是对地基、围岩、边坡稳定性进行评价的基础，通过该课程的学习，掌握在弹性范围内平面及空间问题应力应变解，并将结构体及地质体进行统一分析，给出工程结构与地质体的相互作用的计算模式，使岩土稳定性评价更加科学合理。 三、教学基本要求掌握有限元的基本理论，掌握线性有限元的求解步骤，用线弹性有限元方法解平面和空间、各向异性岩土工程问题的途径和方法。四、各章节内容及学时分配第一章概述（2学时）教学内容第一节、数值法的定义及种类第二节、数值法的作用及地位第三节、数值法的发展历史及现状考核要求了解：数值法的作用及地位；掌握：数值法的定义及种类。第二章离散化（4学时）教学内容第一节、单元类型第二节、离散化区域的确定第三节、岩土工程单元划分的原则第四节、计算数据的准备考核要求理解：岩土工程单元划分的原则；掌握：有限单元法的单元类型及属性、单元划分的方法。第三章位移模式（4学时）教学内容第一节、位移模式的选择第二节、形态矩阵考核要求理解：各种单元的位移模式的形式及形态矩阵的构成；掌握：矩形和三角形单元的位移模式及形态矩阵的求解。第四章单元分析（8学时）教学内容第一节、单元应变分析第二节、单元应力分析第三节、单元刚度矩阵考核要求理解：单元应变、应力分析的过程；单元刚度矩阵的求解方法；掌握：三角形和矩形单元应变、应力、单元刚度矩阵的求解方法；第五章总平衡方程（4学时）教学内容第一节、总平衡方程的给出第二节、总刚度矩阵第三节、总刚特性考核要求理解：总体刚度矩阵的特性；掌握：总体平衡方程的建立过程和总体刚度矩阵的求解。第六章荷载向结点的移置（2学时）教学内容第一节、集中荷载的移置第二节、均布体积力的移置第三节、边界均布荷载的移置第四节、线性位移模式下的荷载向结点的移置考核要求了解：集中荷载的移置、均布体积力的移置、边界均布荷载的移置；掌握：线性位移模式下的荷载向结点的移置过程。第七章约束条件的引入（2学时）教学内容第一节、约束条件引入的必要性第二节、约束条件的引入考核要求了解：约束条件引入的必要性；掌握：约束条件的引入方法和过程。第八章总平衡方程的求解（2学时）教学内容第一节、求解方法第二节、解方程求位移第三节、求单元应力、应变考核要求理解：总平衡方程的求解方法；掌握：用结点位移求单元应力、应变的过程。第九章其他常用单元（2学时）教学内容第一节、锚杆单元第二节、节理单元第三节、矩阵单元考核要求了解：其他常用单元如锚杆单元、节理单元、矩阵单元的属性；第十章各向异性问题的解（4学时）教学内容各向异性岩土工程问题的求解方法及过程考核要求了解：各向异性问题的解的求解方法及过程；第十一章等参单元与高精度三角形单元（4学时）教学内容第一节、等参单元第二节、六结点三角形单元考核要求理解：面积坐标及等参单元及高精度单元的平衡方程的建立及求解过程。第十二章空间问题的有限单元法（4学时）教学内容第一节、离散化第二节、位移模式第三节、单元分析考核要求理解和掌握：空间问题的有限单元法的求解。学时分配表章名称教学内容总学时讲授学时实验学时第一章概述数值法的定义、作用及发展现状22-第二章离散化有限单元法的单元类型及属性、单元划分的方法44-第三章位移模式各种单元的位移模式的形式及形态矩阵的构成，及矩形和三角形单元的位移模式及形态矩阵的求解44-第四章单元分析单元应变、应力分析的过程；单元刚度矩阵的求解方法88-第五章总平衡方程总体平衡方程的建立过程、总体刚度矩阵的求解及其特性44-第六章荷载向结点的移置集中荷载、均布体积力、边界均布荷载和线性位移模式下的荷载的移置过程22-第七章约束条件的引入约束条件引入的必要性及引入的方法和过程22-第八章总平衡方程的求解总平衡方程的求解方法，用结点位移求单元应力、应变的过程22-第九章其他常用单元其他常用单元如锚杆单元、节理单元、矩阵单元的属性22-第十章各向异性问题的解各向异性岩土工程问题的求解方法及过程44-第十一章等参单元与高精度三角形单元面积坐标及等参单元及高精度单元的平衡方程的建立及求解过程44-第十二章空间问题的有限单元法空间问题的有限单元法的求解44-五、实验项目一览表序号实验项目内容提要实验类型学时分配主要仪器设备实验地点备注1硐室围岩应力、位移有限元分析掌握有限元基本理论的基础上，理解用有限元程序计算岩土工程的基本过程和方法，通过用有限元法计算隧道开挖的工程实例，分析隧道开挖后的围岩的应力特征和变形特征。上机实践让学生掌握多个软件的应用和操作，包括岩土工程应用软件的使用、A