基于薄层单元的非饱和土-结构接触模型数值实现及验证

来源：计算力学学报杂志2025年第6期北京时间：

作者：张亚国,杨赟,雷伟,白鹏,黄伟,肖书雄

单位：长安大学 建筑工程学院, 西安 710061,长安大学 建筑工程学院, 西安 710061,陕西华山路桥集团有限公司, 西安 710026,长安大学 建筑工程学院, 西安 710061,长安大学 建筑工程学院, 西安 710061,长安大学 建筑工程学院, 西安 710061

摘要：非饱和土-结构的相互作用是岩土工程中重点关注的问题之一。基于薄层单元法开发了非饱和土-结构接触面模型的有限元算法,借助经典的滑块数值试验对砂土-钢以及非饱和粉土-钢接触面剪切试验进行模拟。结果表明,试验中施加的法向应力越大,接触面峰值剪应力越大,剪胀现象越不明显;随初始孔隙比减小或吸力的增大,接触面表现出显著的应变软化特征,体积变形则呈现出先剪缩后剪胀的相变过程。由于该数值算法能充分考虑状态相关变量对非饱和接触面剪切力学行为的影响,使得计算的接触面剪应力、法向位移与试验结果接近。通过与常用的数值算法及无厚度单元相比,发现基于误差精度控制的算法具有更好的收敛性,且薄层接触面单元能充分地传递法向应力,能体现接触面的法向变形,可实现非饱和土-结构接触面理论模型的数值计算过程。此外该数值算法能充分考虑不同边界条件下的接触剪切过程,具有更好的工程应用性。

关键词：薄层单元法,非饱和接触面,有限元法,吸力,应变软化,

基金资助：国家自然科学基金(42072311);陕西省自然科学基金(2022JM-184)资助项目.