Page 79 - 《爆炸与冲击》2026年第01期

第 46 卷 董 琪，等： 水下接触和近场爆炸作用下沉箱码头的毁伤特性 第 1 期

合。拉格朗日域包括混凝土、钢筋和爆坑底部内衬钢板，欧拉域包括炸药、水、空气、沉箱填砂和空白材
料。通过关键字 MAT_ALE_VACUUM 将拉格朗日域和欧拉域的重合区域定义为空白材料。对整个模
2
型施加大小为 9.8 m/s 的垂直加速度以模拟重力场。
2.1 拉格朗日域

沉箱码头模型如图 2 所示，考虑对称性，以码头迎爆面的中垂面为对称面，建立 1/2 有限元模型。以
迎爆面、对称面和水面三者的交汇点为坐标原点 O，设定背离结构方向 R、背离对称面方向 D 和指向水
底方向 H 为 3 个坐标轴方向并建立直角坐标系，对对称面施加 D 方向的单向约束。码头模型的底面与
爆坑内衬钢板的底面采用面面接触，其静摩擦因数为 0.3、动摩擦因数为 0.2，对内衬钢板的底面施加位
移和转角约束。

Reinforced concrete Concrete Dry sand Saturated sand

162 149
1 12 30 9 60 9 30 12
39 Cabin 6 21
Cabin
R O Trench O D 12 6
H Exterior wall 3 H Exterior wall 3
219 Cabin1 Cabin2
180 149

25
1
(a) Caisson wharf EFM (b) Right view (c) Main view (d) Sectional view 2-2
6
33
6 12
Sealed plate
Vertical Transverse
partition partition 86
149 2 Face plate 2
149
D 8
O R 43
162
25
43 8 86 12
(e) Steel EFM (f) Top view (g) Sectional view 1-1 (h) Sectional view 3-3

图 2 码头模型拉格朗日模型以及尺寸数据（单位：cm）
Fig. 2 Lagrange model and dimension of wharf (unit: cm)

钢筋和混凝土采用分离式建模，通过关键字 CONSTRAINED_LAGRANGE_IN_SOLID 定义二者之
间的耦合作用。钢筋采用梁单元，其轴线为与 R 轴、D 轴、H 轴平行的钢筋，单元长度分别为 1.5、2.0、

3.0 cm。混凝土部分采用六面体单元划分网格，R 向和 D 向的网格尺寸均为 1.0 cm，H 向的网格尺寸分
2 种，底板双层钢筋间和管沟位置的网格为 3.0 cm，其余位置的网格为 1.5 cm。试验爆坑的内衬钢板采用
六面体单元划分网格，钢板厚 2 cm，H 向的网格尺寸为 2.0 cm，钢板与结构接触部分在 R 向和 D 向的网
格尺寸分别为 1.5 和 2.0 cm。

2.2 欧拉域
欧拉域亦采用 1/2 建模，对称面和坐标系与拉格朗日域相同，如图 3 所示。对欧拉域的对称面施加
D 方向的单向约束，除对称面，其他边界面均设为无反射边界（Outflow），对底部施加 H 方向的单向约
束。通过关键字 INITIAL_STRESS_DEPTH 设定水域初始状态的静水压力分布，并定义水域边界的压力
随深度的增加而增加。模型整体尺寸为 536 cm×354 cm×402 cm（R×D×H），其中空气区域高 220 cm、水域
深 180 cm、与钢板重合部分的空白材料区域深 2 cm，自由水面与沉箱封仓板的上表面等高。欧拉域采用

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