沥青混凝土心墙与过渡料接触问题的研究

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1、沥青混凝土心墙与过渡料接触问题的研究摘要：在有限元软件中，用设置接触单元的方法可以模拟两种不同材料的接触面。本文主要介绍接触单元的三种本构模型，然后利用有限元软件GEO-SLOPE计算某沥青混凝土心墙坝与过渡料的相对位移。通过计算可知，施工期和蓄水期心墙的沉降量大于过渡料的沉降量；在施工期相对位移最大为9cm；蓄水期相对位移最大为20cm。关键词：接触面沥青混凝土心墙过渡料相对位移本构模型中图分类号：TV331文献标识码：AAbstract:Themethodthatsetupfrictionalcontacteleme

2、ntcansimulationtwodifferentmaterialinterfaceinthefiniteelementsoftware.Thispapermainlyintroducesthreekindsofcontactelementsoftheconstitutivemodel,thencalculatstherelativedisplacementofasphaltconcretecorewallandcoreintermediatelayer,usingfiniteelementsoftwareGEO-S

3、LOPE.Throughthecalculation,itisknownthatduringtheconstructiontimeandstorageperiod,thesettlementoftheasphaltconcreteisgreaterthancoreintermediatelayer;11Duringtheconstructiontimethemaximumrelativedisplacementis9cm;Storageperiodis20cm.Keywords:contactsurface;asphal

4、tconcrete；coreintermediatelayer；relativedisplacement;constitutivemodel中图分类号：TV642文献标识码：A1引言土石坝存在多种不同材料的交界面或接触带，如心墙与反滤料、坝体与岸坡或基岩、沥青混凝土心墙与过渡料、混凝土面板与垫层料以及坝基防渗墙等，由于接触面两侧材料性质的差异，在界面两侧常存在较大的剪应力，并会出现位移不连续现象，即两种不同材料之间存在位错。因此这些部位通常是坝易发生事故的薄弱环节[1]。为了合理描述上述接触面的相对位移特性，确保土石坝安

5、全，国内外许多学者开展了大量卓有成效的研究工作[2][3][4]。本文主要分析接触问题的本构模型，并利用有限元软件GEO-SLOPE计算某沥青混凝土心墙坝与过渡料的相对位移。2本构模型的研究11为模拟不同材料的接触界面由于接触面两侧材料的变形特性差异较大时存在的接触面错动、滑移或张开等位移不连续现象，有限元通常是在两者之间设置接触面单元，其概念简单，易与普通有限元相联结，对处理多个界面接触问题具有优势。接触面单元通过增量和迭代手段调整单元本构模型中的参数，模拟其应力应变关系。目前接触面的单元模型通常有无厚度单元、薄层单元

6、和接触摩擦单元3种形式[5]。2.1无厚度单元Goodman等[6]于1968年提出的无厚度单元能较好地反映接触面切向变形和应力之间的非线性关系，并且在一定程度上反映接触面的剪切特性。其无厚度四结点8自由度接触单元形式如图1所示。图1Goodman单元模型Fig.1Goodmanelementmodel这种单元当初是应用于岩石力学中作为节理单元，后又引伸用于各种边界接触单元。Goodman单元假定接触面上的法向应力和剪应力与法向相对位移和切向相对位移之间无交叉影响，则应力与相对位移关系式为：（1）式中：，，。，分别为切向

7、和法向劲度系数。11为了测定劲度系数，应进行专门试验。采用一半为土，一半为结构材料的复合试样在直剪仪上进行试验。例如，当结构材料是沥青混凝土时，剪切盒的下半部分应装以沥青混凝土，上半部分装以土体，并模拟施工过程进行夯实。剪切盒上半部分与沥青混凝土之间的间隙保持愈小愈好，从而假定剪切盒上下两部分的相对位移完全是由于接触面之间的移动。接触单元的剪应力-切向相对位移曲线可用双曲线表示[7]：（2）式中：a和b由为实验决定的参数。上式经过变换，成为：（3）系数a的倒数是剪应力-切向相对位移曲线的初始斜率，可称为初始切向劲度系数，

8、如图2所示。图2剪应力-切向相对位移曲线Fig2Shear-stress-cuttorelativedisplacementcurvea的值与接触面上的正应力有关。根据试验资料，可表示如下：（4）式中：――初始切向劲度系数；――正应力；――水容重；――大气压力；和是由试验资料决定的参数，引入和是为了使参数和与量纲无关