数值计算技术肯定可以能够帮助解决实际工程问题，ITASCA专家数十年如一日的应用经验或许可能帮助您解决所遇到的问题。
前言：
复杂工程问题数值模拟是ITASCA专家的标志性技术特长，ITASCA数值计算技术显然地能够有效帮助认识和解决实际工程问题，但保证数值分析工程实用性不仅取决于数值软件本身，还与应用者的理论素养、工程实践经验、以及驾驭数值软件的能力密切相关，针对工程问题的数值计算需要遵循如下几条原则：
l根据问题的性质选择计算软件；
l根据问题的具体特点和研究要求确定计算工作路线；
l尽可能用最简单的模型回答问题，遇到复杂问题时尽可能简化分解，先从最简单问题着手，逐渐增加复杂程度；
l用力学概念正确理解现场资料或现象，作为检验数值计算成果可靠性的依据，对计算过程中的潜在不确定条件进行正确和必要的修正，确保计算条件的正确性；
l恰如其分地解译计算成果，用力学原理揭示答案，用工程语言回答工程问题。
所有这些原则都体现在ITASCA的日常数值计算工作中，有兴趣的读者还可以参阅网站中列出的精品案例。
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软件选择：
软件始终服务于研究问题的需要，因此需要根据问题性质选择软件，而不是因为有了某款软件来研究特性问题。
按性质岩土工程问题分为三大基本类型，土体或软岩问题、结构面控制型问题、以及高应力问题。从大的方面将，土体或软岩最普遍的问题是大变形和变形导致的稳定，从力学上讲连续非线性问题突出。结构面控制型问题常见于岩质边坡和潜在大跨度地下工程，结构面切割的块体破坏占据绝对地位，力学上以非连续性占主导地位。当把软岩处理成另外一类问题以后，高应力问题主要是硬岩条件下的深埋地下工程问题，破裂损伤、岩爆是最常见的工程表现形式，力学上往往对应为非连续非线性为基础，但其中的非连续往往表现出细观特性，如开挖损伤。
总地来讲，ITASCA软件中的FLAC、FLAC3D更适合于连续非线性问题，同时可以处理复杂的多场耦合。UDEC和3DEC在相当程度上也具备处理连续非线性问题的能力，但更突出的优势在于针对结构面导致的非连续问题。PFC建立在细观力学基础上，但也具备解决连续非线性和非连续问题的能力，不过，其突出特点是还是针对细观破裂导致的非连续非线性问题。
不过，上面的叙述是选择ITASCA软件的一般性原则，实际工作中还需要根据具体研究对象、本着最简单最直接的原则。比如，就深埋地下工程而言，如果只希望研究设计方案对围岩变形的影响，无须考察围岩破裂区深度，则既可以使用连续力学方法程序FLAC系列、也可以使用DEC系列，就这一问题二者之间没有本质的差别，使用者的把握能力和偏好可以成为决定性因素。但是，当研究工作侧重于某个部位的破裂演化时，则必须选择PFC。当然，复杂问题往往需要从了解不同方面的问题，因此也要求采用不同的计算软件。在锦屏二级深埋隧洞的工程实践中，我们使用了所有6款ITASCA软件，满足研究工程中不同环节问题的需要。
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计算方案与策略：
制定计算方案的主要依据是具体的研究内容和目标，其次是充分利用软件的功能和特点，对复杂问题，往往在需要通过FISH等在程序中体现自己的特定要求。原则上讲，从简到繁、从一般都特殊、从连续到非连续都是往往可以考虑的原则和策略。
以中等坚硬岩石地区中等埋深大跨度地下工程（如水电站地下厂房、矿山采场）为例，需要考察的问题一般包括：围岩整体稳定性、特定结构面的作用、结合组合的影响、埋深导致的地应力的影响等。
对于这些问题，本着由简到繁的原则，计算工作可以按如下步骤进行：
l仅考虑地应力和岩石类型，忽略任何结构面的连续体模型，了解开挖以后围岩变形和应力分布的最基本特征，往往也是决定了围岩固有的最基本工程特性；
l在以上计算模型基础上增加主要控制性结构面，从总体上讲，这两种条件下计算成果的差别可靠地说明了这些结构面的影响。而从分析角度看，结构面与上述计算成果中二次应力场、变形场之间的关系就决定了结构面的影响程度。比如，当结构面在二次应力场中总体以受压为主时（如顺洞向陡倾结构面出现在圆形隧洞顶拱），结构面对围岩变形和稳定的影响就较小，反之，如果剪切倾向明显时，作用就突出，因此，在制定计算方案时有意识增加这些方面的探讨，会有助于提高分析力度，不至于成果分析中只是干巴巴地叙述几张等值线图和屈服区图；
l在上述基础上在引入次一级的结构面，如长大节理或小断层等。除非高应力的作用，现实中完整岩体中一条单一结构面很难导致围岩破坏，控制性结构面往往也需要次一级结构面的组合才突出其工程重要性，因此，计算工作中有必要模拟次一级结构面、特别是与控制性结构面形成交切关系的次级结构面。
当然，以上过程的计算难度不断增大，也需要一些必须的经验和技巧来保证模型在计算过程的稳定性，这就是对软件的驾驭能力，对初学者而言往往是非常需要经验指导的环节。
显然地，岩体地应力状态和力学特性的不确性、结构面力学特性的不确定性等都是在上述过程中考察的具体环节问题，同时保证计算工作更接近生产实际、或者说，更符合工程人员的需要。
最后还需要考察的是围岩块体稳定，此时往往需要利用3DEC计算，此时可以忽略岩块的变形特性，假设为刚体，以便于模拟岩体中包含节理在内的结构面网络对围岩变形和稳定的影响。一般地，这种计算涉及的知识面和技巧更多一些，比如结构面网络模拟、结构面力学特性的尺寸效应问题等等，印证了满足生产要求的数值计算需要理论和技能的高度结合。
真实工程问题往往涉及的计算范围较大，且条件复杂，此时可以循序渐进、以大套小等原则制定工作方案。在本网站列出的白鹤滩水电站坝址区地应力场综合分析案例中，就采用了这种策略，先建立坝址所在小区域的区域性模型，模型长度数公里。然后一次建立坝址区（1.5km）、左岸和右岸厂房区（数百米）、钻孔尺度（<1m）、岩石构造尺度（<0.2m）的计算模型，大尺度模型给小尺寸模型提供边界条件。
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建模与设置：
建立模型和对模型进行设置是确定了计算方案和策略下的必然结果，建模远不是把几何和地质条件反映到数值计算模型中那么简单。从某种程度上讲，一些情况下开始建模的第一次操作都可能决定了计算效率、结果的有效性和针对性，正所谓“行家一出手、就知有没有”。
与计算方案和策略一致地，建模需要本着尽可能简单的原则，著名计算岩石力学专家Peter Cundall院士在与我们的个人交流中讲过这样的话“最好的模型是最简单的模型”，这里的简单指不包括研究目的以外的任何其他信息。
在建模时需要特别注意的时数值计算模型反映的是力学关系，而不是地质模型或结构模型，只有那些对所关心问题产生力学影响的因素才需要纳入到模型中，因此，建模之间就需要有一个基本判断。有经验的行家判断力更高一些，建立的模型显得简洁也能保证一次成功地得到良好的结果，而初学者一般难免出现反复，在得到计算结果以后在回来修改模型。
复杂问题建模往往没有具体的通则，但可以按照计算策略参考如下流程：
l先建立最基本最简单的连续体模型进行连续力学计算，建模时主要关注关键地质条件及其与工程结构之间的相对关系，即了解工程荷载作用最基本地质条件具有的最基本响应。不过，建立该模型时往往需要给后续分析打下基础，使得考虑更复杂条件下的计算分析工作有着可靠的可比性；
l如果必要的话，然后建立非连续模型针对某些特定环节问题进行细化分析，体现从一般到具体的分析思路；
l对于范围大、条件复杂的实际工程问题，往往还需要把问题进行分解，一般用一个模型解决其中一个环节的问题。在很多情况下，为提高计算效率，可能还需要先建立二维模型，作为三维模型计算分析的基础。在这些过程中，需要特别注意的是不同模型之间的力学联系，与一个模型为另外一个模型提供边界条件等。
模型设置往往包括边界条件选择、本构选择、和模型初始化赋值（地应力、物理力学参数等），除特殊问题（如动力和渗流计算）以外，一般性问题的边界条件设置相对简单，速度（位移）约束往往是最常用的边界条件，需要注意的是利用计算结果反归来检查边界设置的合理性，比如，当采用法向速度（位移）为某个设定值（零）的约束边界时，可以检查计算获得的法向速度（位移）场在接近边界时是否均匀地衰减到设定值。如果在邻近边界附近出现比较大的变化梯度，则可能说明不能很好地满足边界条件，原因之一可能是边界还不够远，此时可能需要重建模型。
本构选择一般也需要体现简化的原则，Itasca一些软件中的岩体Hoek—Brown本构可以满足对弹性、弹塑性、和应变软化等力学行为的模拟，但如果应力水平远低于岩体强度，岩体不会出现应变软化行为时，一般则没有必要选择该本构模型，简单的弹性模型可能足以满足要求。选择复杂和全面的Hoek—Brown本构模型显然不会有错，但对如何获得相关参数和参数取值的把握很可能会成为现实问题，选择复杂本构还可能影响到计算效率和对成果分析提出更高要求。原则上，工程问题数值计算中的本构选择以够用即可，一般地：
l软岩和土体连续力学分析时需要注意考虑介质的非线性特征，在很多情况下，本构曲线中的峰后段特征需要得到模拟。即便如此，首先选择理想弹塑性本构获得基本认识往往可以帮助把握问题的基本特征；
l岩质边坡或岩质条件浅埋地下工程的计算分析中往往没有必要对岩体本构过多关注，弹性和理想弹塑性本构关系都可以选择。最重要的往往是结构面力学行为的模拟，对于长大结构面而言，应变软化可能导致的渐进式屈服往往是需要关心的环节；
l深埋地下工程中高应力的作用使得岩体应力—应变全过程决定的岩体力学行为全部表现在工程中，并以如岩爆、破裂、变形等不同形式表现出来，此时本构和对应的参数往往显得非常重要，复杂本构的选择和参数的准确把握显得不可避免。
在中国工程界，数值计算中在本构选择和参数值选取过程遇到的一个现实问题、或者说是“死结”问题是，获得相关参数值的工作往往独立于数值计算，即这些参数值给定。这存在两个方面的问题，即参数是否全面和参数值是否可靠。在中国，矿山、水电、交通等工业领域的岩体和结构面力学试验基本都是建立弹性阶段和摩尔—库伦强度准则基础上，这使得在解决超出弹性阶段、或则超出摩尔--库伦强度理论范畴的复杂问题时，显得或者是力不从心（没有能力获得复杂本构对应的参数）、或者受到束缚（有能力获得但与规范或传统工作习惯发生冲突）。
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模型验证：
对复杂问题解开上述“死结”的可行途径之一就是模型验证，即模型揭示的结果在力学意义上与实际的吻合性。力学意义上的吻合要求相关人员能够把模型中的力学理论和力学计算数据与现场的现象、测试和监测数据等建立密切的联系，显然，理论功底和实践经验都是模型不可或缺的基础，在解决复杂问题时更是如此。
进行模型验证的意义是无容置疑的，任何正确数值计算获得的结果都是符合力学理论的数据，但只有这些数据与现实中的客观条件相吻合时，才可能保证数值计算结果的工程实用介质。
模型验证是一项系统性工作，各环节之间密不可分。如果因为文字叙述方面的原因一定要逐条叙述的话，则可以概括为：
l第一步工作是到现场找依据，即可供来验证模型正确性的现场和数据等，一项基本要求是需要判别哪些现象和数据与所研究的问题存在本质性的力学关系，现场工作经验和敏感性是不可或缺的基础。对一些施工期工程或在采矿山而言，获得模型验证的依据可能现对要简单一些，因为此时往往有大量的现象和数据可供选择。但在很多情况下，特别是前期工程而言，从力学原理上“读懂”有限的现场现象和数据可能显得非常困难，经验显得特别重要；
l第二步工作是把现场获得的现象和数据转化为力学概念和潜在的不确定性力学因素，比如，在现场观察到完整围岩中的片帮破坏或存在微震监测数据时，表明高应力和岩体峰后力学行为是关键环性、但可能同时往往存在不确定性的环节，是模型验证的主要内容；
l第三步是针对这些现象或数据建立专门的数值验证模型，在力学意义上再现这些现象或数据，再现过程是在合理范围内不断调整这些具有不确定性环节的过程，直到得到一个相对合理、工程中可以接受的结果。这一过程中需要特别注意力学理解，切忌没有充分理解问题实质时的“拼凑”。以高应力破坏为例，这些行为更多地取决于岩体峰后特性，峰前参数如弹模和峰值强度等虽然存在影响，但可以依赖如Hoek方法等成熟方法判断，其不确定性和重要性相对较小，因此往往不需要进行调整，以保持对最关键和最核心环节的把握；
l第四步时恰如其分地把验证结果呈现出来，数值计算获得的是变形、应变、应力等数据，不是直接的片帮和微震等工程现象，因此，研究者需要在深刻理解这些工程现象力学意义的基础上，利用应力路径、应变能、应力状态等这些力学术语和数据来描述片帮和微震事件等工程现象。
模型验证是复杂工程问题数值计算时不可缺少的一个环节，也是目前国内很多数值计算中被忽略的环节，其中的原因之一或许是难度太大。简单地说，模型验证是用数值模型再现已经出现的现象或获得的资料，然后在预测未来，因此，只要现场条件不出现显著变化，这种数值预测成果往往具有高度可靠性。
数值计算具有帮助揭示、判断、和解决实际工程问题的能力，但是否能够实现数值计算的工程应用，人的因素往往起到决定性作用。
本网站的一些案例中列出了数值验证成果，如白鹤滩左岸边坡变形机理分析中再现目前状态下边坡体内张开节理分布范围、白鹤滩地下厂房研究中数值再现勘探平洞中的V型片帮破坏、锦屏二级深埋隧洞大理岩力学特性研究中“数值材料”的峰值强度包线符合Hoek—brown强度准则以及再现现场声波测试成果等。从这些实例中可见，验证模型的依据和所验证的对象完全根据具体工程的具体问题而定，是在现实、而绝非在数据中找答案的过程。
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成果解译：
现实中的模型验证不仅体现了对问题本质的深刻理解和不确定性环节的把握，往往也形成了成果解译的基础。所谓成果解译，就是把数值计算获得的数据转化成工程问题的答案，把计算分析回归到工程实践中。
如果以看病和医学化验为例来说明数值计算成果解译时，解译工作相当于把化验单中的数据转化为对病因和病情的把握，医生的经验相当重要。数值计算获得的是一些力学指标的数据，如应力、应变、和变形量等，这些相当于化验结果，而工程师或设计师需要知道的是什么问题和有多严重等等，成果解译就是需要利用计算结果来回答这些问题，类似地，解译者对实际条件的理解和把握相当重要。
一般而言，当研究者只有少数几何环节的问题需要通过数值计算得到验证和深化认识时，数值计算成果的解译工作具有很好的针对性，往往可以得到很好的结果。反过来，当研究者有太多的问题或疑问需要通过数值计算得到回答时，往往很难保证解译工作的针对性和实际效果，毕竟人是主导性的。
原则上，成果解译方法也建立在问题性质的基础上，对于变形问题和高应力问题需要采取不同的指标和途径解决问题。比如，边坡工程中可以考虑同时选择速度场和位移场判别是否失稳，地下工程中的变形问题则可以利用计算得到变形换算成收敛应变率回答，对于高应力问题，能量释放率、应力路径等都可能是帮助实现成果解译的指标。显然，这些内容都超出了数值计算本身，属于专业知识范畴，体现了工程问题数值计算对专业知识的要求。
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