唐益群&， 王艳玲&， 黄 雨&， 周载阳!
（ 同济大学 地下建筑与工程系， 上海 ! ； 建设部综合勘察设计院， 北京 & ） & * " " " ) ! ! * " " " " (
摘要：通过对南京地铁三山街站底部的原状淤泥质粉质粘土进行循环三轴仪的室内动三轴试验， 采用一定的动应 力频率、 不同的动应力比以及不同的固结状态来模拟地铁行车荷载及隧道周围土体* 研究了在地铁行车循环荷载 长期作用下， 淤泥质粉质粘土的动强度和动应力$动应变的变化规律* 实验结果表明， 淤泥质粉质粘土的动强度随 动荷载循环次数的增加而降低， 在设计基础时， 所取土的强度指标必须根据一次列车的动荷载大小及其循环次数 而定； 淤泥质粉质粘土在地铁列车循环荷载作用下的动应力 $ 动应变关系的形式仍可用 <* = * > 7 2 : 2 9 ?的双曲线 关系描述； 土体的动剪切模量、 动抗剪强度等具有随动应变值的变化而变化的规律* 关键词：行车荷载；动三轴；动强度；动应力$动应变关系；试验研究 中图分类号： @ A’ & & * B 文献标识码： C 文章编号： （ ） " ! % # $ # ( ’ D ! " " ’ " E $ " ( " & $ " ’
万方数据
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同济大学学报 （自 然 科 学 版）
第$ #卷
［ ］ ! 环荷载可能产生的破坏 ， 也正在引起人们的高度
铁一号线为背景， 以其经过的淤泥质粉质粘土为对 象， 进行隧道周围土体动强度和动应力 % 应变关系 的研究" 很多土在低应力水平时， 应力应变关系符合 应变软化型， 但对于像地铁列车荷载这样一种长期 作用的特殊循环荷载的情况， 这方面的研究还甚少" 本文主要针对正在修建中的南京地铁工程， 通过大 量的室内试验， 结合南京地铁三山街车站附近的地 质条件， 取得了一些在地铁行车荷载作用下隧道周 围土体的动强度和动应力%应变关系的研究成果"
长期以来， 循环荷载研究大多集中在由地震作 用引起的土的变形性状问题上* 随着高速公路、 地铁
和轻轨建设的日益增多， 对于类似地铁列车振动荷 载之类的具有作用时间长、 并有一定作用周期的循
收稿日期： ! " " # $ " % $ ! & 基金项目：国家自然科学基金资助项目 （ ） ； 上海市重点学科建设资助项目 ’ " # ( ! & ! ’ 作者简介：唐益群 （ ， 男， 江苏常熟人， 教授， 博士生导师* ： & ) % ! $） + , . / 0 1 . 2 / 6 2 !. / 0 * 1 7 2 / * 9 : 6 * ; 2 3 4 5 8
含水质量 分数 ! ／ & 3 ’ 湿密度! ’ ／ （ ・ ) *%$） ( ! " 4 3 干密度! + ／ （ ・ ) *%$） ( ! " # $ 饱和度 " , ／ & 5 3 直剪 （快剪） 孔隙比# ! " # ! 内聚力 ／ $ . / ! # 内摩擦角 ／ （ ） " 0 ! 3 压缩性 系数 % ’ " ! ! ’ " # % ! ／ 1 . / ’ " 6 4 3 模量 ／ & 1 . / 2 6 " 3
第# !卷第E期 ! " " ’年 E月
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地铁行车荷载下土体动强度和动应力 !应变关系
注： 由室内试验测得， 淤泥质粉质粘土的静止侧压力系数为’ " 6 7 "
本次试验仪器主要选用由美国引进的 8 9 8单 向激振型循环三轴仪， 简谐激振力频率为 ’ ! #: ; " 所用试样为高 < 直径 $ 围 ’* *、 5 " !* * 的圆柱体，
% 3 ， 最大循环应变范围为 ! 压为’ ! ! " #1 . / ’ ! % #， 轴向最大激振力为 仪器设有动应 ! ’ #3 ’ ’="
! # $ % & ’( ) * + # ) -$ # .! # $ % & ’( ) * + / / 0 / ) * $ & #1 + 2 $ ) & 3 # " , " 3 4( & 2 )( 3 & 2 5 # . + *6 * $ 4 4 & ’7 3 $ . & # ,
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重视， 国内已有多个由于行车振动荷载作用而导致 基础破坏的实例" 例如， 上海地铁建成投付使用以 后， 发现隧道中行驶列车的振动对隧道周围土体强 度和变形有较大影响 （隧道轴线的沉降明显） ， 而且 这种影响与地铁列车运行状态有很大的相关性" 再 如， 在一些软土路基上修建的高速公路， 经过一段时 间的运营后， 发生路面开裂和倾斜， 影响道路的正常 因此， 研究在行车荷载作用下地铁隧道和 " 路基周围土体的强度和变形控制问题具有重大意 义" 交通工具运行时的振动荷载作为一种特殊的循 环荷载， 既不同于静荷载， 也不同于地震荷载， 而是 长时间往复施加的循环荷载， 因此有必要研究行车 振动荷载作用下土体的动力稳定性" 本文就南京地
［ ， ］ # $ 使用
! 试验简介
本次试验取用南京地铁三山街车站底部的淤泥 质粉质粘土的原状土， 其常规试验数值见表! "
表! 试验用土的基本物理力学指标 " # $ % ! & # ’ () * , ’ # . # ( /0 1 * # ( ’ # . 2 3 1 2 4 ’ 1 , 3 5 4 * 1 4 1 , 4 , 3 ’ . + ) )
准为试样每小时轴向变形不超过’ " ’ ’ 3* *"
" 地铁列车振动荷载作用下土体的动 强度特性
土体的动强度是指土在一定的动荷载反复作用 为达到此破坏应变， 下产生破坏应变所需的动应力" 可采用较大的动应力 # 较少的反复作用次数 + 值、 也可采用较小的动应力 # 较多的反复作用 )； + 值、 次数 ) 的方法" 因此， 研究土的动强度必须与动 载的反复次数及土的变形相联系， 还要与土的性质、 施加动荷载的特点 （变化规律、 频率大小等） 相联系" 而破坏的变形量则应根据具体工程的要求而定" 如果指定动荷载频率 ()> ， 土样破坏时指 !: ; 定应变量$ 则试验得出淤泥质粉质粘土的 &， ?>3 在此图上求出振 # A ) 关系曲线如图 ! /所示； ( + 与@ 次 )> ， ， ， 从 ! ’ ! ’ ’ !’ ’ ’ ! ’’ ’ ’时的动抗剪强度线， 而得出地铁列车循环振动荷载作用的不同振次下土 ； 根据以上数据可 体的动强度指标， 具体数据见表 # 得到淤泥质粉质粘土的动抗剪强度 % 与地铁列车 + B 振动荷载的循环次数 ) 的关系图， 见图! C "
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力、 动应变和孔隙水压力测试系统， 分析所需的参数 可测定的参数 可直接从表头读出或由记录仪绘出" 有： 动弹模量， 动阻尼比， 液化强度等" 本试验针对南京地铁三山街车站底部的淤泥质 粉质粘土， 研究地铁列车循环荷载作用下隧道周围 土体的动强度特性" 通过 8 9 8 动三轴仪器模拟列车 振动， 列车在行进过程中施加给土体的动荷载主要 与列车的激振力、 激振频率及列车行驶速度和加速 度有关" 考虑到列车及隧道体系施加给隧道底部的 （取隧道轴线埋深! 附加应力在# ’ ! 6 ’. /之间 ! ! ， 等向固结时， 围压在 ! ! $* 时的工况） ’ ’. /左 动应力比 ’ （’ ># ／ ， 右， 取附加应力为 # # # + 值， + )
： 8 9 / ) * $ ’ ) @ J ? 7 6 J 0 . Q 7 ? . 1 7 ? 1 9 L 1 L 7 2 7 ? / / 2 . 0 L / 0 1 L 7 / 0 7 H M . 2 L J . 2M 1 . 1 / 7 2R . 2 / 2 L 6 Q S . Q 6 L / 2 1 J 9 3 4 3 8 3 4 4 3 ， ， 1 / ; . 0 1 ? / . T / . 0 1 9 L 1. ; J / 2 9: 9 H / 2 / 1 9 : 2 . / ; L 1 ? 9 L L H ? 9 6 9 2 ; . 2 : : / H H 9 ? 9 2 1 : 2 . / ; L 1 ? 9 L L ? . 1 / 7: / H H 9 ? , 4 G 4 5 4 4 9 2 1 ; 7 2 L 7 0 / : . 1 / 7 2 L 1 . 1 9 / L . : 7 1 9 : 1 7 L / 6 0 . 1 9 1 J 9 1 ? . K 9 0 / 2 1 ? . / 2 0 7 . : / 2 2 :L 7 / 0 ; 7 2 : / 1 / 7 2 * @ J 9 1 J 9 L / L G 3 3. L 1 6 : / 9 L 1 J 9 : 2 . / ; L 1 ? 9 2 1 J. 2 : L 1 ? 9 L L , L 1 ? . / 2 ? 9 0 . 1 / 7 27 H L / 0 1 L 7 / 0 6 2 : 9 ? L 6 Q S . 1 ? . H H / ; 0 7 . : / 2 * C 2 : 1 J 9 4 3 4 3 ， ? 9 L 9 . ? ; JL J 7 S L 1 J . 1 1 J 9: 2 . / ; L 1 ? 9 2 1 J H . 0 0 L . L 1 J 9 ; ; 0 9 7 H 1 J 9 : 2 . / ; 0 7 . : / 2 / 2 ; ? 9 . L 9 L . 2 :S J 9 2 4 3 4 4 3 ， S 9 : 9 L / 21 J 9H 7 6 2 : . 1 / 7 2 L 7 / 0 / 2 1 9 2 L / 1 L J 7 6 0 :Q 9: 9 ; / : 9 :. ; ; 7 ? : / 2 1 71 J 91 ? . H H / ; 0 7 . : / 2 2 :; ; 0 / ; 3 4 3 3. 4 1 / 9 L * O 1 . 0 L 7 L J 7 S L 1 J . 1 1 J 9 : 2 . / ; L 1 ? 9 2 1 J . 2 : L 1 ? 9 L L , L 1 ? . / 2 ? 9 0 . 1 / 7 2 7 H L / 0 1 L 7 / 0 6 2 : 9 ? L 6 Q S . 1 ? . H H / ; 4 3 4 ， 0 7 . : / 2 ; . 2Q 9: 9 L ; ? / Q 9 :. L<* =* > 7 2 : 2 9 ?J 9 ? Q 7 0 . * O 2. : : / 1 / 7 2 1 J 9 ? 9 L 9 . ? ; J9 : 6 ; 9 L 1 J 9 ? 6 0 9 L7 H 1 J 9 3 4 G : 2 . / ; 9 0 . L 1 / ; / 1 7 : 6 0 6 L . 2 :: 2 . / ; L J 9 . ? L 1 ? . / 27 H 1 J 9 L / 0 1 L 7 / 0 * 4 44 ： ； ； ； : + 3 * . / 1 ? . / 2 1 ? . H H / ; 0 7 . : / 2 : 2 . / ; 1 ? / , . T / . 0 1 9 L 1 : 2 . / ; L 1 ? 9 2 J : 2 . / ; L 1 ? 9 L L , L 1 ? . / 2 ? 9 0 . , 3 4 4 3 4 "; ； 1 9 L 1 L ? 9 L 9 . ? ; J 1 / 7 2