隧道开挖作用对地层工程性质影响.pdfVIP

————一 ． !三堡垄堂!塑型!塑!兰 ：塑!： 隧道开挖作用对地层工程性质的影响 张振刚 齐国红 ‘ (北方室通大学土建学院．北京100044)(中国建筑科学院，北京100088) 提要：本文引入了开挖怍用分区的撮念，研究了软土地区浅埋隧道开挖过程中周围土体的应 ● 力路径变化规律。为研究隧道开挖过程中，隧道周围地层的应力应变关系和抗剪强度指标随 着开挖过程变化的规律，从而为深入研究软土地区浅埋隧道的设计理论开辟了一条新途径。 关键词：隧道开挖．开挖作用，应力路径 1 前言 目前．我国有多条地铁工程正在兴建之中，这些线路中有很多通过都市繁华医，区间 隧道只能采取暗挖方式。和山岭隧道相比．城市地铁隧道的修建有很多不同的特点，其中 重要的一点就是控制地表沉降和水平位移。软土地区浅埋隧道的设计问题成为一个值得研 究的课题。 按照传统的设计方法…，把地层介质按工程性质分类，定义同类工程性质地层的抗剪 强度指标一致，并一律取未经开挖卸载和变形作用之前的统计值，这样计算的地表变形结 果与实测结果偏小。这种与实测值的偏离可能是由于采用计算参数和实际土体参数不同引 起的。也就是说．在隧道开挖过程中，由于隧道周围的应力路径发生了变化．造成土的基 本计算参数发生了施工变异。因此，合理考虑开挖作用对计算参数产生的影响对于更好的 设计是十分必要的。 本文在研究隧道开挖周围土体应力路径变化中}J进开挖作用分医的概念。开挖作用分 ● 区即施工时经历大致相同的应力路径变化的周国土体区域…。隧道开挖对周围地层参数的 影响研究可以分成丽步：首先，通过数值模拟，研究隧道周围随着开挖作用而产生的各个 开挖作用分区；然后，通过室内及典型现场试验研究不同开挖作用分区对土体参数的影响。 本文研究了隧道开挖过程中隧道周围土体的开挖作用分区分布规律。 另外，对于隧道开挖来说，采用不同的开挖方式和不同支护方法施工地衰变形差别很 大”1。不同开挖方式和不同支护方法隧道周围的应力路径变化不同…，从而对土体基本计 算参数影响也有差别。本文研究了全断面无支护、全断面有支护、台阶法无支护和台阶法 有支护四种工况下的隧道开挖过程中隧道周围开挖作用分区分布规律。 2隧道开挖中应力路径规律的分类 本文用有限元分析方法来分析地层中各点应力状态的演化，研究应力路径演化规律。 张撮刚．男．1卯72出生，博士在读 国家自然科学基叠重点项目59丁378160 ·610· ‘工程力学》 增刊2001年 具体方法是：1、用有限元程序算得每一开挖步网格 点及高斯点的应力：2、把每一点的应力路径归并到 某一类应力路径：3、找到主要的几条应力路径—— 特征应力路径：4、把特征应力路径变化趋势大体相 同的区域归并为几个开挖作用分区。为便于应力路 径的分类，采用了一种新的应力路径分类方法。这 ● 种分类方法的实质是每一步按照四个象限分成四种 变化趋势，即四种应力路径。如图1所示： 田l从n-f刊n应力变化趋井分类圈 ● 2．1应力路径状态变化趋