土体应变软化对盾构掘进面稳定性的影响

张义同，袁 杰

（天津大学 机械工程学院力学系，天津300072）

在地铁盾构施工中，施工事故时有发生，其中社会影响较大的事故是由掘进面失稳引发地表沉降导致地表坍塌造成的[1]。影响掘进面稳定性的因素很多，土体的应变软化可能引起隧道掘进面失稳，但在隧道开挖面稳定性分析中还很少考虑应变软化的影响。早在20世纪60年代，人们就开始关注土体的应变软化行为，Skempton在研究边坡的稳定性时就指出了，具有应变软化性质土坡与具有应变硬化性质土坡的渐进破坏过程不同，应变软化对边坡的稳定具有重要影响[2－3]；张嘎基于瑞典条分法的基本原理，提出了一个能考虑土的抗剪能力与剪应变关系的应变软化边坡稳定性简化评价方法，研究了土的应变软化特性对边坡稳定性的影响[4]。Brown较早地考虑了涉及应变软化时隧道围岩稳定性分析的理论问题，但没有考虑塑性区弹性应变的变化，得到的结果存在较大误差[5]；Lee和Pietruszczak对隧道围岩的应变软化进行分析，采用了有限差分法求解平衡方程与协调方程，得到了隧道围岩的塑性区与弹性区的分布范围[6]。于学馥利用材料的参数从弹塑性界面向隧道壁减小来考虑材料软化，分析了隧道围岩的稳定性[7]；王星华则采用弹性 塑性软化 塑性残余三线性应力 应变模型推导了隧道围岩的弹塑性区半径、围岩应力的解析表达式，分析表明应变软化对围岩稳定产生不利的影响[8]。

研究表明，应变局部化是应变软化材料的一种失稳现象[9]。……