ABSTRACT:

Finite element and finite difference methods provide a powerful means of analysing rock mass failure mechanisms and rock-support interaction. However, such analyses can be expensive due to the time required for the analyst to enter all the relevant data and construct a suitable mesh. Automated meshing techniques significantly streamline the model building phase of the analysis. Some of the most recent automated meshing techniques are considered here, and their application to practical rock engineering problems is demonstrated. Two-dimensional meshes may be conveniently constructed using triangles and/or quadrilaterals. The choice of element shape, however, is more often dependent on the suitability of a given element for a certain type of analysis. Various element formulations are therefore considered, and it is argued that appropriately formulated elements of either triangular or quadrilateral shape can be used to generate acceptable numerical results.

ABSTRAIT:

Les methodes finies des elements et des differences foumissent un moyen puissant d'analyser les mecanismes d'affaiblissement des masses rocheuses et l'action reciproque d'appui rocheux. Cependant, ces analyses sont habituellement très coûteux à cause du temps necessaire pour l'analyste d'enregistrer toutes les dates importantes et de construire un engrènement convenable. Les methodes automatisees d'engrènement reduisent l'etape de construction du modèle de l'analyse. Quelques uns de ces methodes automatisees d'engrènement les plus recentes sont presentees ici, ainsi que leur application aux problèmes reelles du genie des rochers. Des engrènements en deux dimensions se construisent facilement en utilisant des triangles et/ou des quadrilatères. Le choix d'element depent souvent sur la convenance d'un element donne pour un type d'analyse specifique. Plusieurs formulations des elements ont ete etudie, la conclusion etant que des elements formules a une façon appropriee, soit de form triangulaire, soit de forme quadrilatère, s'utilisent facilement afin d'aboutir aux resultats numeriques acceptables.

AUSZUG:

Begrenzte Element- und Differenzmethoden sind ausgezeichnete Mittel zur mechanischen Analyse von Strukturschwachen in Steinmassen und zur Untersuchung von Interaktionen in Steinstuetzen. Allerdings sind Untersuchungen dieser Art oft sehr kostenspielig, da der Analytiker mit groβem Zeitaufwand alle relevanten Daten eingeben und ein entsprechendes Ausschuettungsnetz erstellen muβ. Automatisierte Ausschuettungstechniken reduzieren die Modellbauphase der Analyse enorm. Einige der juengsten automatisierten Ausschuettungstechniken werden hier vorgestellt, sowie ihre Anwendung bei praktischen Problemen des Stein-und Bergwerk Ingenieurwesens. Zweidimensionale Ausschuettungsnetze können mit Hilfe von Dreieck- und/oder Viereckforrnen problemlos erstellt werden. Die Auswahl der Elementform hangt jedoch meistens von der Brauchbarkeit eines bestimmten Elements fuer einen gegebenen Analysefall ab. Aus diesem Grund werden mehrere Elementberechnungen beruecksichtigt und es wird weiterhin argumentiert daβ entsprechend formulierte Elemente in Dreieck- oder Viereckform verwendet werden können urn akzeptable numerische Resultate zu erhalten.

I INTRODUCTION

Numerical models are now a vital component of the geomechanical designer's analysis toolkit. Finite element and finite difference techniques are particularly useful for modelling excavations in rock masses that are heterogeneous and/or undergo pervasive failure (i.e., respond plastically). The ability to model such rock mass behaviour also makes such techniques ideal for studying rock-support interaction. Ideally the geomechanical design engineer, who often has only a basic understanding of numerical analysis techniques, should only need to provide the essential problem description - excavation geometry, rock stresses, and material properties. Other details such as mesh formation and element selection should be transparent to the user. However, many of the available finite element and finite difference analysis programs do require the design engineer to make some decisions regarding these other issues. This can significantly add to the total amount of time the engineer must spend carrying out the analysis, especially if the engineer is a non-specialist who makes only intermittent use of a given software analysis tool.

This content is only available via PDF.
You can access this article if you purchase or spend a download.