·1028· 北京科技大学学报 第33卷 区，开挖过程中边墙角产生应力集中，侧向应力增 离轴线水平距离m 大，土体产生压缩屈服；F区应力服从PF路径，为等 -20 -15 -10-50 510 1520 0 向加荷区，由于ABC区塑性应变影响，土体单元垂 -2- 直向应力和侧向应力缓慢增大，侧向应力增速较垂 -4 直向大，土体产生压缩屈服，造成塑性剪应变，同样 -6- -8- 是地层位移影响区域之一. ·作用分区模拟值 16- ·传统模拟分析值 离心机试喻结果 -20- 原 图4地表沉降曲线对比图 Fig.4 Contrastive curves of ground settlements 度相关性，取北京地区典型粉质黏土，通过多组室内 三轴固结排水试验，得出了不同应力路径下土样偏 图3全断面无支护工况下开挖作用分区图 应力与应变的变化曲线关系，以及偏应力与平均主 Fig.3 Action zoning for the full face excavation unsupported method 应力P、主应力绝对增量比)之间的关系，并绘制应 力莫尔圆得到不同应力路径下的土样力学强度参 3地表沉降分析与模型分区验证 数值 根据室内试验结果将不同应力路径下土体力学 (2)选取粉质黏土地层全断面无支护工况下应 参数重新代入模型相应作用分区中，计算并记录地 力变化规律作为研究，采用有限元分析方法，跟踪地 表沉降值，对比无作用分区时地表最终沉降值得到 层中各点应力状态的变化，对应于不同应力路径类 图4结果.可以看出，模型划分作用分区后计算所 别，将环境土层划分为六个不同作用分区，并概括各 得地表沉降值较大，沉降槽宽度对比无作用分区时 个作用分区的应力应变特征以及对地层变形造成的 也较为宽一些. 影响. 为了验证地层作用分区的正确性，采用清华大 (3)为验证地层作用分区的正确性，进行了原 学岩土工程研究所TH50gons土工离心模型试验 型材料的动力离心机模型试验，记录地表最终沉降 机进行原型材料的动力离心机模型试验，试验机 值，通过对比分析以往计算沉降值与模型作用分区 有效旋转半径为2m,有效载荷为2.45kN,最大离心 模拟值，一定程度上验证了地层作用分区的正确性 加速度可达250g,吊篮尺寸为75cm×50cm× 参考文献 60cm.采用叠环式模型箱，选用与原型相同的土体 [Manzari M T,Dafalias Y F.A critical state two-surface plasticity 材料，将模型尺寸缩小为原型的1/200，宽度取为 model for sands.Geotechnique,1997,47(2):255 10cm,即尺寸为39cm×10cm×30cm,同时把模型 2] Cubrinovski M,Ishihara K.Modelling of sand behaviour based on 的场加速度增加到重力加速度的200倍，以确保模 state concept.Soils Found,1998,38(3):115 型中每一点的应力应变与原型相同.隧道衬砌模型 B] Wang R G,Guo R G.A simple constitutive model for granular soils:modified stress-dilatancy approach.Comput Geotech,1998. 采用有机玻璃材料制作，弹性模量为3.0GPa,为保 22(2):109 证相同截面抗弯刚度，取厚度为10mm.试验中记录 [4] Gajo A,Muir Wood D.Sevem-Trent sand:a kinematic-hardening 模型加速度与土层应变值，当数值稳定后记录纵断 constitutive model:the q-p formulation.Geotechnique,1999,49 面上地表最终沉降值，并将最终记录值放大200倍， (5):595 对比作用分区模拟值如图4所示.可以看出，两者 5] Li X S,Dafalias Y F.Dilatancy for cohesionless soils.Geotech- 地表沉降最大值较为相近，沉降曲线也较为近似，在 nique,2000,50(4):449 一定程度上的验证了黏土地层作用分区的正确性 [6]Zeng LL,Chen X P.Analysis of mechanical characteristics of soft soil under different stress paths.Rock Soil Mech,2009,30(5): 4 结论 1264 (曾玲玲，陈晓平.软土在不同应力路径下的力学特性分析 (1)土质体的力学强度特性具有应力路径的高 岩土力学，2009,30(5)：1264)北 京 科 技 大 学 学 报 第 33 卷 区，开挖过程中边墙角产生应力集中，侧向应力增 大，土体产生压缩屈服; F 区应力服从 PF 路径，为等 向加荷区，由于 ABC 区塑性应变影响，土体单元垂 直向应力和侧向应力缓慢增大，侧向应力增速较垂 直向大，土体产生压缩屈服，造成塑性剪应变，同样 是地层位移影响区域之一． 图 3 全断面无支护工况下开挖作用分区图 Fig． 3 Action zoning for the full face excavation unsupported method 3 地表沉降分析与模型分区验证 根据室内试验结果将不同应力路径下土体力学 参数重新代入模型相应作用分区中，计算并记录地 表沉降值，对比无作用分区时地表最终沉降值得到 图 4 结果． 可以看出，模型划分作用分区后计算所 得地表沉降值较大，沉降槽宽度对比无作用分区时 也较为宽一些． 为了验证地层作用分区的正确性，采用清华大 学岩土工程研究所 TH-50g-tons 土工离心模型试验 机进行原型材料的动力离心机模型试验［14］，试验机 有效旋转半径为 2 m，有效载荷为 2. 45 kN，最大离心 加速度 可 达 250 g，吊 篮 尺 寸 为 75 cm × 50 cm × 60 cm． 采用叠环式模型箱，选用与原型相同的土体 材料，将模型尺寸缩小为原型的 1 /200，宽度取为 10 cm，即尺寸为 39 cm × 10 cm × 30 cm，同时把模型 的场加速度增加到重力加速度的 200 倍，以确保模 型中每一点的应力应变与原型相同． 隧道衬砌模型 采用有机玻璃材料制作，弹性模量为 3. 0 GPa，为保 证相同截面抗弯刚度，取厚度为10 mm． 试验中记录 模型加速度与土层应变值，当数值稳定后记录纵断 面上地表最终沉降值，并将最终记录值放大 200 倍， 对比作用分区模拟值如图 4 所示． 可以看出，两者 地表沉降最大值较为相近，沉降曲线也较为近似，在 一定程度上的验证了黏土地层作用分区的正确性． 4 结论 ( 1) 土质体的力学强度特性具有应力路径的高 图 4 地表沉降曲线对比图 Fig． 4 Contrastive curves of ground settlements 度相关性，取北京地区典型粉质黏土，通过多组室内 三轴固结排水试验，得出了不同应力路径下土样偏 应力与应变的变化曲线关系，以及偏应力与平均主 应力 p、主应力绝对增量比 η 之间的关系，并绘制应 力莫尔圆得到不同应力路径下的土样力学强度参 数值． ( 2) 选取粉质黏土地层全断面无支护工况下应 力变化规律作为研究，采用有限元分析方法，跟踪地 层中各点应力状态的变化，对应于不同应力路径类 别，将环境土层划分为六个不同作用分区，并概括各 个作用分区的应力应变特征以及对地层变形造成的 影响． ( 3) 为验证地层作用分区的正确性，进行了原 型材料的动力离心机模型试验，记录地表最终沉降 值，通过对比分析以往计算沉降值与模型作用分区 模拟值，一定程度上验证了地层作用分区的正确性． 参 考 文 献 ［1］ Manzari M T，Dafalias Y F． A critical state two-surface plasticity model for sands． Geotechnique，1997，47( 2) : 255 ［2］ Cubrinovski M，Ishihara K． Modelling of sand behaviour based on state concept． Soils Found，1998，38( 3) : 115 ［3］ Wang R G，Guo R G． A simple constitutive model for granular soils: modified stress-dilatancy approach． Comput Geotech，1998， 22( 2) : 109 ［4］ Gajo A，Muir Wood D． Severn-Trent sand: a kinematic-hardening constitutive model: the q － p formulation． Geotechnique，1999，49 ( 5) : 595 ［5］ Li X S，Dafalias Y F． Dilatancy for cohesionless soils． Geotech￾nique，2000，50( 4) : 449 ［6］ Zeng L L，Chen X P． Analysis of mechanical characteristics of soft soil under different stress paths． Rock Soil Mech，2009，30( 5) : 1264 ( 曾玲玲，陈晓平． 软土在不同应力路径下的力学特性分析． 岩土力学，2009，30( 5) : 1264) ·1028·