D0I:10.13374f.issn1001-053x.2011.08.019 第33卷第8期 北京科技大学学报 Vol.33 No.8 2011年8月 Journal of University of Science and Technology Beijing Aug.2011 隧道开挖下黏土地层作用分区 杜子建2)区高永涛)王立波》 杜晓伟) 1)北京科技大学土木与环境工程学院，北京1000832)青岛市地下铁道公司，青岛266071 3)中铁十六局集团有限公司，北京100018 ☒通信作者，E-mail:duj1127@126.com 摘要针对北京地区典型粉质黏土地层隧道开挖问题，进行了多组三轴固结排水试验，分析了不同类型应力路径下土样的 力学特性，并建立隧道开挖二维数值模型.选取一般工程材料参数，计算每步开挖下网格点及高斯点的应力，跟踪记录典型样 点的应力变化规律，进而将地层划分为不同作用分区，将强度试验结果依次代入对应模型分区后得出考虑分区的地表最终沉 降值.最后构建离心机试验模型，记录稳定后的表面沉降值，对比了分区模拟计算结果，验证了隧道开挖下地层作用分区的正 确性. 关键词隧道：掘进；分区；地表沉降 分类号TU458.4 Action zoning in clay stratum caused by tunnel excavation DU Zijian,GAO Yong-tao",WANG Li-bo,DU Xiao-ei 1)School of Civil and Environmental Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)Qingdao Metro Corporation,Qingdao 266071,China 3)China Railway 16th Bureau Group Co.Ltd.,Beijing 100018,China Corresponding author,E-mail:duzjl127@126.com ABSTRACT Aiming at analyzing the tunnel excavation problem in representative silty clay stratum in Beijing,triaxial consolidation drainage tests were carried and the mechanical characters under different stress paths were analyzed.Then,a two-dimensional numeri- cal tunneling model with general engineering parameters was established.The stress of grid points and Gauss points was calculated,and the stress changes of typical points were tracked.After that,the action zones of the stratum were classified,and the final ground settle- ments which consider action zones were calculated by turning the test results of strength into the corresponding action zone model.At last,a centrifuge test model was constructed,and the final surface settlement value was recorded.By contrasting test results with simu- lation results,the correctness of action zoning in silty clay stratum was verified. KEY WORDS tunnels:tunneling:zoning:ground settlement 目前，我国地铁建设正处于蓬勃发展时期，很 是由于隧道施工过程中周围土体承压卸荷情况不 多城市在修建地铁隧道过程中遇到了各种工程问 同，不同部位土体经历的应力路径也大有区别，所 题，如地层变形、建筑物沉降和管道破裂等，从根 以在隧道开挖过程中，合理考虑开挖作用下不同 本上分析，这些问题是地层发生位移造成的.研究 应力路径对土体计算参数的影响是十分必要的. 人员在隧道开挖地层位移和稳定分析中，一般仅 研究表明，土质体的应力一应变关系曲线具有应力 按工程性质对地层介质分类，简单定义同类工程 路径的高度相关性，近年来国内外学者对于不同 性质地层一致的强度指标，并统一取作未经开挖 应力路径下土体力学响应机制做了大量试验和模 卸载和变形作用之前的经验值，这样往往造成计 型研究)，得出了典型土质体在不同应力路径下 算的地表沉降结果值相对观测值偏小.究其原因， 的应力一应变曲线以及相应本构模型，但基于理论 收稿日期：2010-07-20第 33 卷 第 8 期 2011 年 8 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 33 No． 8 Aug． 2011 隧道开挖下黏土地层作用分区 杜子建1，2)  高永涛1) 王立波3) 杜晓伟1) 1) 北京科技大学土木与环境工程学院，北京 100083 2) 青岛市地下铁道公司，青岛 266071 3) 中铁十六局集团有限公司，北京 100018  通信作者，E-mail: duzj1127@ 126． com 摘 要 针对北京地区典型粉质黏土地层隧道开挖问题，进行了多组三轴固结排水试验，分析了不同类型应力路径下土样的 力学特性，并建立隧道开挖二维数值模型． 选取一般工程材料参数，计算每步开挖下网格点及高斯点的应力，跟踪记录典型样 点的应力变化规律，进而将地层划分为不同作用分区，将强度试验结果依次代入对应模型分区后得出考虑分区的地表最终沉 降值． 最后构建离心机试验模型，记录稳定后的表面沉降值，对比了分区模拟计算结果，验证了隧道开挖下地层作用分区的正 确性． 关键词 隧道; 掘进; 分区; 地表沉降 分类号 TU458 + . 4 Action zoning in clay stratum caused by tunnel excavation DU Zi-jian1，2)  ，GAO Yong-tao 1) ，WANG Li-bo 3) ，DU Xiao-wei 1) 1) School of Civil and Environmental Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China 2) Qingdao Metro Corporation，Qingdao 266071，China 3) China Railway 16th Bureau Group Co． Ltd． ，Beijing 100018，China  Corresponding author，E-mail: duzj1127@ 126． com ABSTRACT Aiming at analyzing the tunnel excavation problem in representative silty clay stratum in Beijing，triaxial consolidation drainage tests were carried and the mechanical characters under different stress paths were analyzed． Then，a two-dimensional numeri￾cal tunneling model with general engineering parameters was established． The stress of grid points and Gauss points was calculated，and the stress changes of typical points were tracked． After that，the action zones of the stratum were classified，and the final ground settle￾ments which consider action zones were calculated by turning the test results of strength into the corresponding action zone model． At last，a centrifuge test model was constructed，and the final surface settlement value was recorded． By contrasting test results with simu￾lation results，the correctness of action zoning in silty clay stratum was verified． KEY WORDS tunnels; tunneling; zoning; ground settlement 收稿日期: 2010--07--20 目前，我国地铁建设正处于蓬勃发展时期，很 多城市在修建地铁隧道过程中遇到了各种工程问 题，如地层变形、建筑物沉降和管道破裂等，从根 本上分析，这些问题是地层发生位移造成的． 研究 人员在隧道开挖地层位移和稳定分析中，一般仅 按工程性质对地层介质分类，简单定义同类工程 性质地层一致的强度指标，并统一取作未经开挖 卸载和变形作用之前的经验值，这样往往造成计 算的地表沉降结果值相对观测值偏小． 究其原因， 是由于隧道施工过程中周围土体承压卸荷情况不 同，不同部位土体经历的应力路径也大有区别，所 以在隧道开挖过程中，合理考虑开挖作用下不同 应力路径对土体计算参数的影响是十分必要的． 研究表明，土质体的应力--应变关系曲线具有应力 路径的高度相关性，近年来国内外学者对于不同 应力路径下土体力学响应机制做了大量试验和模 型研究［1--7］，得出了典型土质体在不同应力路径下 的应力--应变曲线以及相应本构模型，但基于理论 DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2011.08.019