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隧道与地下工程灾害防治
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工作井基坑开挖及吊装全过程土体应力路径试验
王冬1,张中堃2*,刘燕3,张树明3,胡威东4,徐静1 ,李君瑶5,吕昌怀6,杨帆7
(1.济南城市建设集团有限公司,山东 济南 250014;2.济南建工集团有限公司,山东 济南 250014;3.济南大学土木建筑学院,山东 济南 250022;4.中铁第四勘察设计院集团有限公司,湖北 武汉 430063;5.山东省地质矿产勘查开发局第四地质大队,山东 潍坊 261021;6.中国电建集团江西省电力设计院有限公司,江西 南昌 330096;7.济南鼎汇土木工程技术有限公司,山东 济南 250002)
Soil stress path in the whole process of excavation and hoisting of working shaft in silty clay
Wang Dong1, Zhang Zhongkun2*, Liu Yan3, Zhang Shuming3, Hu Weidong4, Xu Jing1, Li Junyao5, Lü Changhuai6, Yang Fan7
(1. Jinan City Construction Group Co., Ltd., Jinan 250014, Shandong, China; 2. Jinan Construction Group Co., Ltd., Jinan 250014, Shandong, China; 3. School of Civil Engineering and Architecture, University of Jinan, Jinan 250022, Shandong, China; 4. China Railway Siyuan Survey and design group Co., LTD, Wuhan430063, China; 5. Fourth Geological Group of Shandong Provincial Bureau of Geological Mineral Exploration and Development, Weifang 261021, Shandong, China; 6.China Electric Power Engineering Consulting Group Jiangxi Electric Power Design Institute Co., Ltd., Nanchang 330096, Jiangxi, China; 7. Jinan Dinghui Civil Engineering Technology Co., Ltd., Jinan 250002, Shandong, China)
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摘要 为揭示盾构始发工作井基坑开挖与吊装施工中土体应力演化规律,明确主应力轴旋转对土体力学特性的影响,以济南市黄河隧道盾构始发工作井为工程背景开展研究。采用理论分析与应力路径三轴试验相结合的方法,确定不同区域土体应力路径边界条件,分析坑内外土体主应力演化与轴旋转特征。结果表明:引入大主应力偏转角α 的 p?q?α三维应力路径,相比传统仅考虑平均压应力 p 与广义剪应力 q 的二维描述,可更全面反映复杂施工工况下土体真实应力状态;基坑开挖阶段坑内土体以竖向卸荷为主,平均压应力降低、广义剪应力增大,大主应力轴阶跃式顺时针旋转近90°,旋转幅度随距基坑中心距离增大而衰减,空间效应显著;坑外土体以侧向卸荷为主,广义剪应力基本稳定,主应力轴旋转幅度较小;坑内主应力轴旋转引发的强度与刚度劣化效应需在基坑变形与稳定性分析中重点考虑,坑外可近似忽略。研究成果可为深基坑工程设计与安全管控提供理论支撑。
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关键词:  基坑开挖  应力路径  数值模拟  主应力旋转  吊装荷载

    
Abstract: A study was conducted to reveal the stress evolution law of soil during foundation pit excavation and hoisting construction of a shield launching shaft and clarify the influence of principal stress axis rotation on soil mechanical properties, with the shield launching shaft of Jinan Yellow River Tunnel taken as the engineering background. By adopting the method combining theoretical analysis and stress path triaxial tests, the stress path boundary conditions of soil in different regions were determined, and the principal stress evolution and axis rotation characteristics of soil inside and outside the foundation pit were analyzed. The results showed tha, compared with the traditional two-dimensional description only considering the mean compressive stress p and generalized shear stress q, the real stress state of soil under complex construction conditions could be more comprehensively reflected by the three-dimensional p?q?α stress path incorporating the major principal stress deflection angle α. During foundation pit excavation, the soil inside the foundation pit was dominated by vertical unloading, with decreased mean compressive stress and increased generalized shear stress. The major principal stress axis was rotated clockwise by nearly 90° in a stepwise pattern, and the rotation amplitude was attenuated with increasing distance from the foundation pit center; a significant spatial effect was observed. The soil outside the foundation pit was dominated by lateral unloading, with relatively stable generalized shear stress and a small rotation amplitude of the principal stress axis. The strength and stiffness deterioration effects induced by principal stress axis rotation inside the foundation pit should be emphatically considered in the analysis of foundation pit deformation and stability, while those outside the foundation pit could be largely ignored. Theoretical support for the design and safety management of deep foundation pit engineering was provided by the research results.
Key words:  foundation pit excavation    stress path    numerical simulation    principal stress rotation    lifting load
收稿日期:  2026-04-20      修回日期:  2026-08-21      发布日期:  2026-09-09     
中图分类号:  TU43  
  TU44  
基金资助: 济南城市建设集团有限公司科技开发计划资助项目(2020W003);中铁第四勘察设计院集团有限公司科技研究资助项目(TSYSDY-JLLCHSD[2020]-05)
通讯作者:  张中堃(1978—),男,山东肥城人,工程师,研究方向为隧道与地下工程。    E-mail:  m19707015772@163.com
作者简介:  王冬(1982—),男,山东济南人,助理工程师,主要研究方向为土木工程与管理。E-mail:93147531@qq.com
引用本文:    
王冬, 张中堃, 刘燕, 张树明, 胡威东、徐静, 李君瑶, 吕昌怀, 杨帆. 工作井基坑开挖及吊装全过程土体应力路径试验[J]. 隧道与地下工程灾害防治, .
Wang Dong, Zhang Zhongkun, Liu Yan, Zhang Shuming, Hu Weidong, Xu Jing, Li Junyao, Lü Changhuai, Yang Fan. Soil stress path in the whole process of excavation and hoisting of working shaft in silty clay. Hazard Control in Tunnelling and Underground Engineering, 0, (): 1-7.
链接本文:  
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