复合单元法的原理与概念

岩体的重要特性是含有结构面，这些结构面控制了岩石地基、岩石边坡和地下洞室围岩的变形与稳定性。在工程实践中，锚杆和锚索被广泛应用于岩体的加固，而采用包含排水孔在内的渗控体系则常常是改善岩体稳定条件的首选。

在应力应变分析中，对结构面和锚杆的模拟方式可以分为两类：①等效模型，即将结构面和锚杆的影响计入应力应变本构关系中，而对其具体位置则不予关注（Pande，Gerrard，1983；葛修润，刘建武，1988；Sharma，Pande，1988；陈胜宏，王鸿儒，熊文林，1989；杨延毅，1994；Chen，Pande，1994；朱维申，张玉军，1996；Chen，Egger，1999）；②离散模型，即用特殊的单元（Mahtab，Goodman，1970；Aydan，1989；Swoboda，Marence，1991；Swoboda，Marence，1992；陈胜宏，Egger，1997；陈胜宏，强晟，2001）来精确描述结构面和锚杆。

同样，在渗流分析中，对结构面和排水孔的模拟方式也可以分为两类：①等效模型，即将结构面和排水孔的影响计入渗透张量中，而对其具体位置则不予关注（Snow，1969；Huyakorn，Lester，Faust，1983；Dershowitz，et al.，1985；Long，Gilmour，Witherspoon，1985；Oda，1986；Andersson，Dverstorp 1987；毛昶熙，李祖贻，陈平，1989；陈胜宏，王鸿儒，熊文林，1990；毛昶熙，陈平，李祖贻，李定方，1991；王媛，速宝玉，徐志英，1995）；②离散模型，即用特殊的单元（Barenblatt，et al.，1960；Wilson，Witherspoon，1974；Duiguid，Lee，1977；Streltsova，1981；朱伯芳，1982；陈胜宏，1991；杜延龄，徐国安，韩连兵，1991；王镭，刘中，张有天，1992；Nordqvist，Tsang，Tsang，1992；万力，李定方，李吉庆，1993；王恩志，1993；朱岳明，陈振雷，陈晴，徐爱忠，1996；Long，1996；汪卫明，佘成学，徐明毅，陈胜宏，1999；詹美礼，速宝玉，刘俊勇，2000；汪卫明，徐明毅，陈胜宏，2001）来精确描述结构面和排水孔。

从工程应用者的角度来看，离散模型的主要难点在计算域的离散前处理，原因是目前使用的特殊单元在结构面、锚杆和排水孔分布方向上的结点是固定的，而且其中的一些结点要与周围的岩体单元共用。这些困难连同分析对象本身的复杂性，使得在进行前处理的时候，即使有一些功能强大的商业软件的帮助，也费时又费力。(www.xing528.com)

于是笔者提出这样的问题：有没有可能把结构面、锚杆和排水孔含于单元内部，既可使计算过程简化，又可保持离散模型对细节模拟的能力呢？答案是肯定的。本篇把笔者近几年来建立的考虑结构面、锚杆和排水孔的复合单元法的研究作一个初步总结，以说明解决问题的基本思路（Chen，Egger，Migliazza，Giani，2002；Chen，He，Egger，2003；陈胜宏，强晟，陈尚法，2003；Chen，Qiang，2004；Chen，Qiang，Chen，Egger，2004；Chen，Xu，Hu，2004；强晟，陈胜宏，2004）。

顺便指出，复合单元法的实质是把复杂的前处理工作转化为复杂的计算工作，前处理简单了，但计算程序复杂了，计算时间也更长了。在计算机技术快速发展的今天，这种研究是有吸引力的。