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如何看待数值模拟的作用 地下工程由于其特殊原因造就了其特殊性，与结构工程、机械工程等相比，有两大特点:1.地下工程所依赖的地质环境是地下工程的力学特征的主要影响因素；2.地质环境又是地下工程的承载单元。因此，要对各种工程现象和力学特征进行解释，往往会感觉缺乏有力的支持。正是由于地下工程的特征造就了地下工程的不确定性和多变性，为了能够对地质背景和地质历史作全面的了解，很多研究者耗费了很多精力和时间，目前最为理想的是数值分析的方法——通过大量的数值计算，结合实际的工程情况，作出合理的解释。这种思路正是数值分析的初衷。但是目前有很多学者过多的迷信于数值分析，认为数值分析是万金油，什么都能做，甚至是放进垃圾会出来金子。这是极端错误的！数值分析的方法和数值分析的软件都不是草原上的奶牛。它是很公正的。你输入的是金子，那它出来的势必就是金子，但是你放进的是垃圾，那垃圾肯定泛滥。实际上，这里说的金子就是输入的参数，往往参数的确定比数值分析软件的选择要重要得多。每一种数值分析软件都有其一套成熟的理论，切合实际的参数得出的结果也是切合实际的。UDEC之类的离散元程序的灵活性和多变性，使得真正掌握它变得很有难度，尤其是它的参数的确定让很多人摸不着头脑，觉着都是神仙参数。UDEC手册里给出确定参数的公式，实际上是UDEC内部的函数和数据结构，真正有意义的是这些函数包含的参数的确定，比如等效弹模、等效剪切模量、节理刚度等。参数的确定是有讲究的，目前最好的方式是结合现场试验和数值分析的结果，进行统计分析得出的结果。村上椿树先生提倡的数值反分析是一种很好的方法，它是将地下工程的地质背景地质历史当作黑匣子，通过大量的计算与现场试验相结合，最终将黑匣子变为透明的。当地下工程的透明度高起来的时候，问题的解决和现象的解释将不再困难，用什么数值分析软件不再是决定性因素。因此，要把数值计算的位置摆正。它仅仅是我们说明问题、解释现象的一个辅助方法和间接手段，决定说明和解释的合理性的还是基础理论以及对地下工程特征的正确认识，还有现场经验。地下工程工作者只有具备过硬的理论基础，加上辅助的计算手段，还有丰富的现场经验才能称得上是真正的研究者，仅仅把计算软件玩得很转是不行的。人家开发软件的软件工程师比我们对软件要熟得多，人家就不是真正的地下工程研究者。有区别的还是有区别的做了很长时间的数值模拟，对有些数值模拟的基本概念认识的还不是很清楚，希望通过以后经常的学习总结，来不断的丰富自己。1.计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）：是通过计算机数值计算和图像显示，对包含有流体流动和热传导等相关物理现象的系统所做的分析；其基本思想是把原来在时间和空间域上连续的物理量的场（如速度场或压力场），用一系列有限个离散点上的变量值的集合来代替，通过一定的原则和方式建立起关于这些离散点上场变量之间关系的代数方程式，然后求解代数方程组获得场变量的近似值。2.有限差分方法（FDM）：是计算机数值模拟最早采用的方法，至今仍被广泛运用。该方法将求解域划分为差分网格，用有限个网格节点代替连续的求解域。有限差分法以Taylor级数展开等方法，把控制方程中的导数用网格节点上的函数值的差商代替进行离散，从而建立以网格节点上的值为未知数的代数方程组。该方法是一种直接将微分问题变为代数问题的近似数值解法，数学概念直观，表达简单，是发展较早且比较成熟的数值方法。对于有限差分格式，从格式的精度来划分，有一阶格式、二阶格式和高阶格式。从差分的空间形式来考虑，可分为中心格式和逆风格式。考虑时间因子的影响，差分格式还可以分为显格式、隐格式、显隐交替格式等。目前常见的差分格式，主要是上述几种形式的组合，不同的组合构成不同的差分格式。差分方法主要适用于有结构网格，网格的步长一般根据实际地形的情况和柯朗稳定条件来决定。构造差分的方法有多种形式，目前主要采用的是泰勒级数展开方法。其基本的差分表达式主要有三种形式：一阶向前差分、一阶向后差分、一阶中心差分和二阶中心差分等，其中前两种格式为一阶计算精度，后两种格式为二阶计算精度。通过对时间和空间这几种不同差分格式的组合，可以组合成不同的差分计算格式。3.有限元方法（FEM）：它的基础是变分原理和加权余量法，其基本求解思想是把计算域划分为有限个互不重叠的单元，在每个单元内，选择一些合适的节点作为求解函数的插值点，将微分方程中的变量改写成由各变量或其导数的节点值与所选用的插值函数组成的线性表达式，借助于变分原理或加权余量法，将微分方程离散求解。采用不同的权函数和插值函数形式，便构成不同的有限元方法。有限元方法最早应用于结构力学，后来随着计算机的发展慢慢用于流体力学的数值模拟。在有限元方法中，把计算域离散剖分为有限个互不重叠且相互连接的单元，在每个单元