1 引言

在過去的一個筆記中，曾經提及過Comsol Multiphysics多物理場數值模擬軟件(最新發布的工業軟件(采礦,結構和數值模擬)，但這個軟件在巖土工程中很少用到。根據調查，GeotechSet數據集內僅包括了不到10篇相關文獻。本筆記簡述了Comsol的巖土力學模塊。

2 Comsol巖土力學模塊

Comsol的巖土力學模塊(Geomechanics Module)是結構力學模塊的附加模塊，如下圖所示。在軟件安裝時可以選擇該模塊，其中提供的工具將結構力學模塊擴展到巖土工程的定量研究，可以進行巖石力學和土力學的單一物理場和多物理場模擬，如隧道，開挖，邊坡穩定性及擋土結構，可以使用許多非線性巖土力學材料模型來研究土和巖石的變形，塑性，蠕變和破壞，以及它們與樁，支撐結構和其它人工結構的相互作用。這個模塊包含了廣泛的材料模型：

(1) 土力學模型：Drucker-Prager；Mohr-Coulomb; Modified Cam-Clay model; Hardening Soil model. 為了與FLAC的本構模型比較，可參考下述鏈接：

IMASS---FLAC3D和3DEC新的本構模型(2)

FLAC2D---過去，現在和將來

FLAC3D 7.0 新特性簡介(P3)---新的本構模型

(2) 用戶自定義的塑性、流動規則和硬化模型。

(3) 混凝土模型: Bresler-Pister; Ottosen; William–Warnke

Bresler and Pister對同時受到扭轉和軸向壓縮的混凝土圓柱體進行了試驗，從這些實驗結果中得出的斷裂準則如下所示：

Ottosen模型如下所示:

(4) 脆性損傷模型(Brittle damage models)

(5) Hoek-Brown模型

(6) 蠕變模型 (Creep models)

(7) 預先定義和用戶定義的非線性彈性材料: Ramberg-Osgood, Hardin-Drnevich,  Duncan-Chang等。

這些材料模型也可以耦合創建的任何新方程，并與其它物理場, 如熱傳導、流體流動和多孔介質中的溶質傳輸等進行耦合。

3 Comsol在巖土力學中的應用

Nasir(2014) 使用耦合的thermo-hydro-mechanical-chemical (THMC) 模型研究了氣候變化影響下核廢料場地沉積巖的孔隙度和滲透率變化；Zhou(2014) 模擬了水庫水和降雨對三峽邊坡滑動體的滲透；Zhang (2015)模擬了隧道圍巖塑性區的發展; Cao (2016)模擬了采礦引起的斷裂導致瓦斯遷移；Wang (2018) 模擬了各向異性巖體的邊坡損傷帶；Beya (2019) 模擬了在永久性凍土采礦中水泥漿充填加熱固化條件的過程；Liu (2020) 模擬了斷裂花崗巖中地熱的傳播。