刘 佳 星

(同济大学，上海 200092)



膨胀土中隧道的地层—结构法数值模拟研究

刘 佳 星

(同济大学，上海 200092)

分析对比了荷载—结构与地层—结构两种隧道衬砌结构的计算方法，并以地层—结构法为基础，利用ABAQUS有限元软件的热—应力耦合功能，通过设置温度的变化，利用膨胀土材料的热胀冷缩实现了土的膨胀，得出的计算结果对实际工程有参考价值。

膨胀土，盾构隧道，地层—结构法，ABAQUS，数值模拟

膨胀土是指土中的黏土矿物主要是由亲水矿物组成，且具有吸水膨胀、软化、崩解以及失水急剧收缩，并能产生往复变形的特殊黏土(Chen[1]，2012)。工程实践表明，在膨胀土地层中修建的隧道，如果处置不当将造成诸多隐患。对膨胀土地层中修建的盾构隧道进行开挖过程的精细数值模拟研究，有助于设计人员了解各工况下隧道的变形及管片受力情况，及时避免施工隐患。

较早提出土体膨胀对隧道影响问题的是Wiesmann[2](1914)，研究了瑞士Hauenstein隧道由于膨胀土的膨胀引起的隧道变形等问题。Einstein等[3](1972)，Grob[4](1972)研究了在轴对称条件下的膨胀土地层中隧道的应力和应变问题，但并未解释产生膨胀的原因。Wittke，Ribler等[5](1976)，Wittke[6](1978)以连续介质力学理论为基础，考虑膨胀问题，避免了轴对称条件这一假设，使分析更加具有适用性，完善了分析的边界条件和初始条件。Kovari等[7-9](1981，1987，1988)研究了均匀膨胀土层中深埋圆形隧道的受力情况。假设隧道顶板和底板的地质条件、初始条件和边界条件都相同，并利用底板位移—结构抗力关系曲线这一特征曲线，讨论了不同结构形式对隧道受力情况的影响，最后提出，允许隧道底板产生一定量的变形可以大幅降低隧道所受到的膨胀接触压力。……