土与结构材料接触面的变形及其数学模拟精选.pdf

(三J 维普资讯 一 第16卷 第 3期 岩 土 工 程 学 报 Vo1．16． No．3 1994年 5月 YA 丌】GONGC卜E【NGⅪIEBA0 m y， ]994 土与结构材料接触面的变形及其数学模拟 墼室 来 泓 塑 生 TU (河海大学地质与岩土工程系，南京 2104124) f第三航务工程局科研所，上海 200032) 文 摘 本文分析了土与混凝土接触面上的剪切变形特性 否定了接触面上剪应力与相对错动位 移间的双曲线渐变关系．提出了剐一塑性变形的观点。在此基础上提出了一种有厚度的接触面单元． 可以与土体的非线性弹性模型或弹塑性模型相衔接，能合理地反映接触面及其邻近区域剪切破坏 关键：词、佛触面．剪切变形．本构关系，直剪试验．有限元赦法。土上l呔／L耄奄g挥舭： l引 言 土与结构材料的界面上常有较大的剪应力．这是两种材料变形不一致引起的。以土坝混 凝土防渗墙与土的接触面为例．混凝土的变形很小．而土在荷载作用下有较大的压缩，受到 墙的摩擦阻力后．便将荷载通过剪应力传递给墙。这种剪应力的传递实际上是墙体受力的主 要来源。加筋土结构中，加筋材料的受力．则完全是这种剪力传递在发挥作用。因此，封这 类结构物．正确地分析接触面上的受力变形机理．剪切破坏的发展，荷载传递过程，并在计 算中正确地模拟．是十分重要的。 接触面变形的研究，主要包含两个方面：一是接触面上的本构关系，尤其是剪应力和剪 切变形之间的关系；一是接触面单元，它是有限元计算中用以模拟接触面变形的一种特殊单 元。两方面的研究是互相联系的．接触面单元是为了表达接触面上的变形．接触面变形的表 示又要适应所选用的接触面单元。 关于接触面的本构关系．目前国内外普遍采用的是Clough和Duncan等人所提出的剪应 力亍与相对错动位移 涧 关系的双曲线模型 将它用于无厚度的Goodman单元 提出了 单位切向劲度的计算公式。将它用于有厚度的Desai单元．提出了相应的剪切模量计算公式 此外，Boulon等人还提出了接触面变形的弹塑性模型 ‘其切向变形仍然依据了直剪试验的 一 关系曲线。关于直剪试验的 一 关系曲线．由于是试验得出的，人们很少怀疑它的可 靠性．因而被广泛应用。问题在于接触面两边材料之一是土，它是松散介质．不是刚性材料。 两种坚硬剐性材料接触面上的相对位移沿接触面上的分布是均匀的。如果做直剪试验．所测 量的上下盒间的相对位移就能代表内部接触面上的相对位移。而土在上盒水平推力作用下会 ’国家自然科学基金赍助项目。 到稿 日期：1992—08—19 维普资讯 第3期 殷宗泽等．土与结构材料接触面的变形及其数学模拟 l5 产生压缩变形，对剪应力传递起了缓冲作用。剪应力沿接触面的分布是不均匀的。接触面上 的相对位移也就是不一致的。作者们曾用试验证明了这一点 并提出了否定i-WJ~Y．雎线关 系的观点。 关于接触面单元。也已经提出了好几种，最常用的有Goodman单元 。这种无厚度的四 节点单元。概念清楚，能模拟接触面的滑移与张裂，但对受压情况，两侧材料会重叠。为了 避免重叠，法向劲度要取得很大，这又难免带来一定误差。Ghaboussi等人提出的单元 唷 助于消除误差。但使用不便。难以推广。Desai等人提出的薄层四边形单元0}可以较好地反映 法向变形和切向变形以及应力的传递，但投有从理论上阐明为什么取剪切模量、弹性模量和 泊松比为三个独立参数。总之。接触面单元还值得进一步改进。 2接触面上的变形特性 作者曾进行土与混凝