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    摘 要：以上海地鐵二號線某區間隧道附近的飽和粘性土體為研究對象，在地鐵振動荷載作用下，通過對不同位置、不同深度土體中預埋孔壓計振動頻率的連續監測，研究飽和粘性土體中孔隙水壓力對振動荷載的響應特征，得出了飽和粘性土中孔隙水壓力增長和消散的變化規律，并用土動力學及能量損失原理對其機理進行了分析。

    關鍵詞：孔壓計；飽和粘性土；孔隙水壓力；振動荷載；增長和消散
   
    0 引 言
    飽和土體中孔隙水壓力對振動荷載的作用反應比較敏感，性質不同的土體具有不同的特征，即使是同一土體，荷載性質不同其孔隙水壓力增長和消散規律也各不相同。過去，人們對多種荷載作用下飽和砂土中孔隙水壓力增長和消散規律研究比較深入，如王桂萱等人就循環荷載下砂質混合土孔隙水壓力特性進行了研究，建立了孔隙水壓力與能量損失的關系[1]；張均峰等人研究了沖擊荷載下飽和砂土中超孔隙水壓力，探討了達到砂土完全液化的沖擊強度臨界值[2]；張之穎等就粘性土覆蓋層下粉土及砂土進行研究，模擬地震中超孔隙水壓力的增長規律[3]；白冰、楊兵等分別對強夯荷載、爆炸荷載作用下飽和土層孔隙水壓力變化規律作了計算和分析[4-5]；Okada 則從土體結構觀點說明用能量損失來預測孔隙水壓力的合理性[6]；而對飽和粘性土的研究仍處于探索階段，因為飽和粘性土在顆粒組成、力學性質、孔隙水運動規律等方面均有別于砂土，振動荷載作用產生的超孔隙水壓力增長和消散速度相對緩慢，許才軍等人通過室內試驗研究了飽和軟粘土在不排水循環荷載作用下孔隙水壓力的增長規律[7]。地鐵循環振動荷載作用下，粘性土體中孔隙水壓力隨振動荷載發生有規律的變化，本文通過對不同深度飽和粘性土體中孔隙水壓力變化連續監測，研究孔隙水壓力增長和消散對振動荷載的響應特征，并用能量損失觀點對其進行了分析和探討。
    1 飽和粘性土中孔隙水運動規律
    粘性土的粒度成分決定了粘性土顆粒孔隙的大小，而孔隙是地下水運移的通道，孔隙大小又決定了地下水的滲透性。本研究在上海地鐵 2 號線某區間隧道附近試驗現場，距離隧道邊緣約 1.8 m 處，深度分別為 12、14 和 16 m 位置采集了 3 組樣品進行粒度分析，土質均為第④層灰色淤泥質粘土。采用美國貝克曼庫特公司生產的 LS-230 激光粒度儀，通過分析，得到三組飽和粘性土的平均粒徑為 12.33 μm，中值粒徑為 8.63 μm，粒徑峰值為 11.61 μm。
    由于飽和粘性土顆粒之間孔隙極其細小，通常情況下把飽和粘性土作為隔水層或弱透水層。然而在外界荷載作用下，飽和粘性土體中孔隙水除能承受孔隙水壓力外，也能產生壓力差或水頭差，迫使孔隙水在其中運動，具有一定的滲透性，其滲透性的大小決定了超孔隙水壓力增長和消散的速度，同時反映了孔隙水壓力傳遞對振動荷載的敏感程度。研究土體滲透性主要考慮滲透速度和滲透壓力，而土體滲透性大小一般用滲透系數K和滲透速度V表示。對于飽和粘性土，孔隙水的運動必須克服起始阻力，且服從滲透規律
    V = K ( J - J0)， (1)
    式中，V 為滲透速度（m/d），K 為滲透系數（m/d），J為水力坡度， J0 為起始水力坡度。
    水力坡度由水頭差造成，也可由外力作用下土中水所受到的應力（孔隙水壓力）而引起。飽和粘性土的滲透系數 K 一般為 10-7～10-8 cm/s，要使孔隙水在飽和粘性土體中發生滲流運動，首先必須克服起始水力坡度 J0這個阻力才能實現。
    2 孔隙水壓力觀測試驗
    2.1 試驗場地選擇與監測孔布置
    試驗場地選擇在上海地鐵#2 線某區間隧道南側，共布置了 5 個鉆孔，距離盾構隧道邊緣最近的試驗孔僅 1.8 m，如圖 1 所示。

    2.2 儀器選型與埋設
    儀器采用電阻式孔壓計，通過測量電阻片的電阻變化，計算孔隙水壓力。孔壓計埋設如圖 2 所示。每
    個鉆孔中的三個孔壓計均埋設在第④層灰色淤泥質粘土層中 8.5、11.5 和 14.0 m 的位置，埋設時孔壓計周圍使用細砂，在上部使用粘土球膨脹壓實，以便能真實地觀測地鐵振動時各自的響應特征，儀器的量測范圍為 0～0.2 MPa。其計算公式為

    式中 Vi p為單位換算輸出電壓（mv）；ε 為單位應變（με ）； V ie為橋壓（mv）； Ki v為靈敏系數； gaei e為應變片轉換系數；其中， Ki v、gae值由廠家標定，V ie在試驗現場采用增益檔 1000K 進行標定。