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多物理场模拟软件 COMSOL 更新 (岩土模块)

计算岩土力学

5月前浏览3222

摘要

正文

1. 引言

多物理场模拟软件COMSOL Multiphysics现已更新到最新版本V6.2.0.339，依然着重考虑岩土模块。

安装仅用于岩土工程的多物理场模拟软件Comsol
COMSOL工作流程---层流模拟 (Laminar Flow)
流体的动态粘度 (Dynamic viscosity)

2. 岩土模块

岩土力学模块(Geomechanics Module)是结构力学模块的附加模块，其中提供的工具用于岩土应用领域的分析，如隧道、开挖、边坡稳定性及挡土结构，可以使用许多非线性岩土力学材料模型来研究土和岩石的变形、塑性、蠕变和破坏，以及它们与桩、支承结构和其他结构的相互作用。岩土力学模块包含大量材料模型，主要包括：

(1) Drucker-Prager 和 Mohr-Coulomb 屈服准则

(2) 修正的 Cam-Clay 模型和硬化土模型

(3) 用户自定义的塑性、流动规则和硬化模型

(4) 用于混凝土的纯塑性模型，如 Bresler-Pister 和 Ottosen

(5) 混凝土的损伤-塑性耦合模型

(6) 脆性损伤模型

(7) Hoek-Brown 模型

(8) 蠕变模型

(9) 预定义和用户定义的非线性弹性材料：Ramberg-Osgood, Hardin-Drnevich, Duncan-Chang 等。

作为一个通用的有限元分析软件，COMSOL 在解决岩土力学问题上有许多与专用岩土力学软件不同的设置方法，例如压力公式和应变公式的设置、初始应力和应变的设置以及模拟开挖的方式等。

3. 堤坝边坡稳定性

(1) 模型参数

(2) 模型选择2D，地下水选择达西定律，边坡选择固体力学，研究方法选择稳态。

(3) 第一个步骤计算达西定律求解孔隙压力分布；第二个步骤根据静水压力、孔隙压力和重力载荷计算路堤中的初始应力；第三个步骤通过添加初始应力和应变节点分析这些初始应力。材料使用 mohr-coulomb模型。

4. 隧道开挖

(1) 这个算例对隧道开挖的 Hoek-Brown 模型和 Mohr-Coulomb 模型进行了比较，初始意图是测试 COMSOL 的 Hoek-Brown 模型【一个Hoek-Brown材料边坡稳定性的对比分析】，算例为在一个均质的各向同性的岩层中，距地表15m下开挖一条半径为5m的隧道；然后用 Hoek-Brown 推导出的等效 Mohr-Coulomb 参数进行了相同的计算。首先在自重应力作用下让模型达到平衡状态，然后进行开挖。COMSOL 使用了 Activation scale factor 方法模拟开挖。

(1) Hoek-Brown解

岩体材料参数取自【三轴试验数据拟合Hoek-Brown准则的简洁方法(Best-Fit of Triaxial Lab Data)】的第一个例子，在 comsol 的输入如下所示：