巖石力學(xué)確定性研究方法不足(巖石力學(xué)的研究方法,有什么區別)
1.巖石力學(xué)的研究方法有哪些,有什么區別
巖石力學(xué)的研究方法主要是：科學(xué)實(shí)驗和理論分析。科學(xué)實(shí)驗包括室內試驗、野外試驗和原型觀(guān)測（監控）。室內試驗一般分為巖塊（或稱(chēng)巖石材料，即不包括明顯不連續面的巖石單元）試驗和模型試驗（主要是地質(zhì)力學(xué)模型試驗和大工程模擬試驗）。野外試驗和原型觀(guān)測是在天然條件下，研究包括有不連續面的巖體的性狀，是巖石力學(xué)研究的重要手段，也是理論研究的主要依據。理論分析是對巖石的變形、強度、破壞準則及其在工程上的應用等課題進(jìn)行探討。在這方面，長(cháng)期以來(lái)沿用彈性理論、塑性理論和松散介質(zhì)理論進(jìn)行研究。由于巖石力學(xué)性質(zhì)十分復雜，所以這些理論的適用范圍總是有限的。近年來(lái)，雖然發(fā)展了一些新的理論（如非連續介質(zhì)理論），但都不夠成熟。1960年代以來(lái)，數值分析方法和大型電子計算機的應用給巖石力學(xué)的發(fā)展創(chuàng )造了有利條件。用這種方法和計算設備可以考慮巖石的非均質(zhì)性，各向異性，應力-應變的非線(xiàn)性和流變性，粘、彈、塑性，等等。但是由于當前巖石力學(xué)的試驗方法較落后，還無(wú)法為計算提供準確的參數及合適的邊界條件，使計算技術(shù)的應用受到影響。
在研究中，一般應注意以下三個(gè)基本問(wèn)題：①巖石是一種復雜的地質(zhì)介質(zhì)，研究工作都須在地質(zhì)分析，尤其是在巖體結構分析的基礎上進(jìn)行；②研究巖石力學(xué)的電要目的是解決工程實(shí)際問(wèn)題，由于在工程實(shí)踐中巖石力學(xué)涉及地球物理學(xué)、構造地質(zhì)學(xué)、實(shí)驗技術(shù)、計算技術(shù)、施工技術(shù)等學(xué)科，因此有關(guān)學(xué)科的研究人員以及工程勘測設計，施工人員的密切合作至關(guān)重要；③巖石性質(zhì)十分復雜，目前使用的理論和方法還不能完全描述自然條件，因此強調在現場(chǎng)對巖石的性狀進(jìn)行原型觀(guān)測，并利用獲得的資料驗證或修改理論分析結果和設計方案。對工程實(shí)踐而言，巖體中的非連續面和軟弱夾層往往是控制巖體穩定的主導因素。它們的力學(xué)特性，特別是流變性及其對建筑物的影響，日益受到重視。
2.不確定性分析有哪幾種主要方法
進(jìn)行不確定性分析，需要依靠決策人的知識、經(jīng)驗、信息和對未來(lái)發(fā)展的判斷能力，要采用科學(xué)的分析方法。
通常采用的方法有：①計算方案的損益值。即把各因素引起的不同收益計算出來(lái)，收益最大的方案為最優(yōu)方案；②計算方案的后悔值。
即計算出由于對不肯定因素判斷失誤而采納的方案的收益值與最大收益值之差，后悔值最小的方案為最佳方案；③運用概率求出期望值，即方案比較的標準值，期望值最好的方案為最佳方案；④綜合考慮決策的準則要求，不偏離規則。概括起來(lái)就是不確定性分析可分為盈虧平衡分析、敏感性分析、概率分析和準則分析。
其中盈虧平衡分析只用于財務(wù)評價(jià)，敏感性分析和概率分析可同時(shí)用于財務(wù)評價(jià)和國民經(jīng)濟評價(jià)。按不確定性類(lèi)型及處理方法不同也可進(jìn)行下列分類(lèi)：變化情況 處理方法變化有一定范圍 盈虧平衡分析 敏感性分析變化遵循統計規律 概率分析變化既無(wú)范圍又無(wú)規律 準則分析。
3.巖石力學(xué)的基本內容大致可歸納哪幾個(gè)方面
巖石力學(xué)（Rock Mechanics）是一門(mén)研究巖石在外界因素（如荷載、水流、溫度變化等）作用下的應力、應變、破壞、穩定性及加固的學(xué)科。又稱(chēng)巖體力學(xué)，是力學(xué)的一個(gè)分支。研究目的在于解決水利、土木工程等建設中的巖石工程問(wèn)題。它是一門(mén)新興的，與有關(guān)學(xué)科相互交叉的工程學(xué)科，需要應用數學(xué)、固體力學(xué)、流體力學(xué)、地質(zhì)學(xué)、土力學(xué)、土木工程學(xué)等知識，并與這些學(xué)科相互交叉。
巖石力學(xué)的誕生是以解決巖石工程穩定性問(wèn)題和研究巖石的破碎條件為目的而誕生的。其研究介質(zhì)不僅非常復雜，而且存在許多力學(xué)性質(zhì)不穩定性或不確定性因素，這就使得本學(xué)科獨立的、完善的、系統的基礎理論難以建立、巖石力學(xué)的發(fā)展始終引用和發(fā)展固體力學(xué)、土力學(xué)、工程地質(zhì)學(xué)等學(xué)科的基本理論和研究成果，或者引用這些相關(guān)學(xué)科的研究成果來(lái)解決巖石工程中的問(wèn)題，因此，偏重不同行業(yè)應用的巖石力學(xué)往往有不同的定義，迄今巖石力學(xué)也沒(méi)有統一的定義。
4.除有限單元法外,巖土工程常用到哪些數值方法,并對比其優(yōu)缺點(diǎn)
巖土工程常用的數值方法包括：有限差分法、邊界元法、離散元法、顆粒元法、不連續變形分析法、流形元法、模糊數學(xué)方法、概率論與可靠度分析方法、灰色系統理論、人工智能與專(zhuān)家系統、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )方法、時(shí)間序列分析法。
有限單元法的優(yōu)缺點(diǎn)：有限單元法的理論基礎是虛功原理和基于最小勢能的變分原理，它將研究域離散化，對位移場(chǎng)和應力場(chǎng)的連續性進(jìn)行物理近似。有限單元法適用性廣泛，從理論上講對任何問(wèn)題都適用，但計算速度相對較慢。
即，物理概念清晰、靈活、通用、計算速度叫慢。 有限差分法：該方法適合求解非線(xiàn)性大變形問(wèn)題，在巖土力學(xué)計算中有廣泛的應用。
有限差分法和有限單元法都產(chǎn)生一組待解方程組。盡管這些方程是通過(guò)不同方式推導出來(lái)的，但兩者產(chǎn)生的方程是一致。
另外，有限單元程序通常要將單元矩陣組合成大型整體剛度矩陣，而有限差分則無(wú)需如此，因為它相對高效地在每個(gè)計算步重新生成有限差分方程。在有限單元法中，常采用隱式、矩陣解算方法，而有限差分法則通常采用“顯式”、時(shí)間遞步法解算代數方程。
邊界元法：該方法的理論基礎是Betti功互等定理和Kelvin基本解，它只要離散求解域的邊界，因而得到離散代數方程組中的未知量也只是邊界上的量。邊界元法化微分方程為邊界積分方程，離散劃分少，可以考慮遠場(chǎng)應力，有降低維數的優(yōu)點(diǎn)，可以用較少的內存解決較大的問(wèn)題，便于提高計算速度。
離散元法：離散元法的理論基礎是牛頓第二定律并結合不同的本構關(guān)系，適用對非連續體如巖體問(wèn)題求解。該方法利用巖體的斷裂面進(jìn)行網(wǎng)格劃分，每個(gè)單元就是被斷裂面切割的巖塊，視巖塊的運動(dòng)主要受控于巖體節理系統。
它采用顯式求解的方法，按照塊體運動(dòng)、弱面產(chǎn)生變形，變形是接觸區的滑動(dòng)和轉動(dòng)，由牛頓定律、運動(dòng)學(xué)方程求解，無(wú)需形成大型矩陣而直接按時(shí)步迭代求解，在求解過(guò)程中允許塊體間開(kāi)裂、錯動(dòng)，并可以脫離母體而下落。離散元法對破碎巖石工程，動(dòng)態(tài)和準動(dòng)態(tài)問(wèn)題能給出較好解答。
顆粒元法：顆粒元方法是通過(guò)離散單元方法來(lái)模擬圓形顆粒介質(zhì)的運動(dòng)及其相互作用，它采用數值方法將物體分為有代表性的多個(gè)顆粒單元，通過(guò)顆粒間的相互作用來(lái)表達整個(gè)宏觀(guān)物體的應力響應，從而利用局部的模擬結果來(lái)計算顆粒群群體的運動(dòng)與應力場(chǎng)特征。 不連續變形分析方法：該方法是并行于有限單元法的一種方法，其不同之處是可以計算不連續面的錯位、滑移、開(kāi)裂和旋轉等大位移的靜力和動(dòng)力問(wèn)題。
此方法在巖石力學(xué)中的應用備受關(guān)注。 流形元法；該方法是運用現代數學(xué)“流形”的有限覆蓋技術(shù)所建立起來(lái)的一種新的數值方法。
有限覆蓋是由物理覆蓋和數學(xué)覆蓋所組成的，它可以處理連續和非連續的問(wèn)題，在統一解決有限單元法、不連續變形分析法和其他數值方法的耦合計算方面，有重要的應用前景。 無(wú)單元法：該方法是一種不劃分單元的數值計算方法，它采用滑動(dòng)最小二乘法所產(chǎn)生的光滑函數去近似場(chǎng)函數，而且又保留了有限單元法的一些特點(diǎn)。
它只要求結點(diǎn)處的信息，而不需要也沒(méi)有單元的信息。無(wú)單元法可以求解具有復雜邊界條件的邊值問(wèn)題，如開(kāi)裂問(wèn)題，只要加密離散點(diǎn)就可以跟蹤裂縫的傳播。
它在解決巖石力學(xué)非線(xiàn)性、非連續問(wèn)題等方面具有重要價(jià)值和發(fā)展前景。混合法：對于復雜工程問(wèn)題，可采用混合法，即有限單元法、邊界元法、離散元法等兩兩耦合來(lái)求解。
模糊數學(xué)方法：模糊理論用隸屬函數代替確定論中的特征函數描述邊界不清的過(guò)渡性問(wèn)題，模糊模式識別和綜合評判理論對多因素問(wèn)題分析適用。 概率論與可靠度分析方法：運用概率論方法分析事件發(fā)生的概率，進(jìn)行安全和可靠度評價(jià)。
對巖土力學(xué)而言，包括巖石（土）的穩定性判斷、強度預測預報、工程可靠度分析、頂板穩定性分析、地震研究、基礎工程穩定性研究等。 灰色系統理論：以“灰色、灰關(guān)系、灰數”為特征，研究介于“黑色”和“白色”之間事件的特征，在社會(huì )科學(xué)及自然科學(xué)領(lǐng)域應用廣泛。
巖土力學(xué)中，用灰色系統理論進(jìn)行巖體分類(lèi)、滑坡發(fā)生時(shí)間預測、巖爆分析與預測、基礎工程穩定性、工程結構分析，用灰色關(guān)聯(lián)度分析巖土體穩定性因素主次關(guān)系等。 人工智能與專(zhuān)家系統：應用專(zhuān)家的知識進(jìn)行知識處理、知識運用、搜索、不確定性推理分析復雜問(wèn)題并給出合理的建議和決策。
巖石力學(xué)中，可進(jìn)行如巖土（石）分類(lèi)、穩定性分析、支護設計、加固方案優(yōu)化等研究。 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )方法：試圖模擬人腦神經(jīng)系統的組織方式來(lái)構成新型的信息處理系統，通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的學(xué)習、記憶和推理過(guò)程進(jìn)行信息處理。
巖石力學(xué)中，用于各種巖土力學(xué)參數分析、地應力處理、地壓預測、巖土分類(lèi)、穩定性評價(jià)與預測等。 時(shí)間序列分析法：通過(guò)對系統行為的漲落規律統計，用時(shí)間序列函數研究系統的動(dòng)態(tài)力學(xué)行為。
巖石力學(xué)中，用于礦壓顯現規律研究、巖石蠕變、巖石工程的位移、邊坡和硐室穩定性等、基礎工程中降水、開(kāi)挖、沉降變形等與時(shí)間相關(guān)的問(wèn)題。
