苏州软土蠕变特性的参数研究及其有限元应用第6卷第1期2010年2月地下空间与工程ChineseJournalofUndergroundSpaceandEngineeringVo1.6Feb.2010苏州软土蠕变特性的参数研究及其有限元应用谈炎培,叶冠林,王建华,孙德安(1.上海交通大学土木工程系,上海200240;2.上海大学土木工程系,上海200444)摘要:为探讨苏州地铁一号线沿线软土地层的蠕变特性及其对盾构隧道长期沉降的影响,对该区土样进行三轴试验和一维蠕变试验.引入关口一太田模型(S—O模型)描述苏州土依赖时间的本构关系,结合有限元程序GLEAVES对试验进行数值模拟,并验证模型及程序的可靠性.最后对苏州地铁长期沉降作一算例分析.研究表明:苏州地铁沿线土层有明显的蠕变效应;引入S—O模型的GLEAVES程序较好地模拟出苏州土本构关系;为控制隧道的长期沉降,应严格控制盾构顶推力.关键词:软土;蠕变;本构模型;有限元分析;盾构隧道:TU447文献标识码:A:1673—0836(2010)0l一008O一04StudyonParameterofConstitutiveModelforCreepCharacteristicsofSuzhouS0ftSoilandItsApplicationinFiniteElementAnalysisTanYanpei,YeGuanlin,Wang激anhuaISunDean(1.DepartmentofCivilEngineering,Shanghai激aotongUniversity.Shanghai200240,China;2.DepartmentofCivilEngineering.ShanghaiUniversity.Shanghai200444.China}Abstract:ThetriaxialcompressiontestandonedimensionalcreeptestareemployedforthesoftsoilalongtheNo.1SubwayinSuzhouCitytostudyitscreepcharacteristicsandtheireffectonthelong—termsettlementofshieldtunne1.Sekiguchi—Ohtaconstitutivemodel(S～Omode1)isintroducedtodescribethetime—dependentstress—strainbehaviorofthesoil.ThemodelisincorporatedintheFEMprogramGLEAVEStosimulatetheabovetests.ThevalidityofthemodelandGLEAVESarechecked.ThenGLEAVESisusedtoanalyzethepost—constructionlong—termsettlementofshieldtunneling.Ther℃sear℃hshowsthatthesoftsoilalongtheSubwayisobviouswithcreepeffect.GLEAVESwhichadoptsS—Omodelcansimulatethestress～strainbehaviorofthesoilwel1.ThejackingthrustofshieldmachineshouldbeeontmHedinappropriatedrangeaccordingtotheresul~.Keywords:softsoil;creep;constitutivemodel;finiteelementanalysis;shieldtunnel1引言土的蠕变是指在外荷载不变的情况下土的变形随时间增长的现象.在岩土工程中,软土蠕变所产生的变形可影响结构物的正常使用,甚至引起破坏.准确地预测和评价土体蠕变变形的前提是建立能描述土体蠕变特性的流变本构模型及获得准确的模型参数.流变模型中,组合元件模型使用最广泛,如陈宗基假定粘土与Maxwell材料类似,得到一维问题的固结和次固结效应的解J.对于非线性流变,詹美礼,钱家欢等建立了一个带双屈服面的粘弹塑性模型.该模型较全面地反映了土的特性,但参数不易确定.殷建华和JamesGra-ham提出"等效时问"概念,基于修正剑桥模型发展了一个弹粘塑性本构模型,但该模型参数也难以确定.李兴照和黄茂松针对地铁振动引起沉降,,+收稿日期:2009—12-26(修改稿)作者简介:谈炎培(1983～),男,博士研究生,主要从事软土时效特性等方面的研究.E—mail:winclsun.typ@sjtu.edu2010年第1期谈炎培,等:苏州软土蠕变特性的参数研究及其有限元应用8l问题开发了动力循环蠕变模型.在应用分析方面,张冬梅,黄宏伟等分析了盾构隧道长期沉降的组成和原因,对上海地铁1,2号线的长期沉降进行了预测.本文借鉴已有的研究成果,对苏州地铁一号线沿线软土进行三轴和蠕变试验;引入关口一太田模型(S一0模型),采用FEM程序GLEAVES模拟上述试验;最后作一算例分析.表1场地土的性状及物理指标Table1Physicalpropertiesofsoilsinthefield表2计算参数表Table2Parametersforcalculation2取土概况及试验方法2.1分场地土概况苏州市地铁一号线沿线主要地层为第四系冲积,冲湖积层.土工试验的取土点为苏州乐园站,其主要地层物理指标从上至下见表1.盾构施工只影响邻近地层,所以取接近隧道的地层③,④,⑤层进行试验.由于④层粉土的蠕变性不强,因此只对第③,⑤层土进行试验.2.2三轴固结排水剪切试验方...