城市地铁建造过程中,难免要穿越江、河、湖泊乃至海洋等特殊区域。特别在我国东南沿海区域,水系发达,软黏土分布广泛,许多过江地铁往往穿越深厚的软土层。地铁列车产生的动力荷载容易引起软黏土地基的不均匀沉降,越江地铁上覆土层变动以及水位变化明显,加剧了地铁隧道的工后沉降问题;由于越江地铁隧道位于水下,若隧道的变形过大,将导致渗漏、错台等病害,对地铁的安全运营造成不利的影响。因此,对越江地铁荷载作用下软黏土的动力特性进行深入研究,能够为越江地铁的长期沉降控制提供依据。本文通过双向动三轴试验对越江地铁循环荷载作用下软黏土的孔压、累积应变以及渗透特性的变化规律进行研究;对有效围压及径向循环应力比的影响进行分析,并建立了越江地铁循环荷载作用下软黏土孔压和轴向累积应变模型;同时采用核磁共振测试系统对循环加载前后的软黏土试样微观孔隙的大小及分布情况进行定量研究,并根据孔隙的定量参数与宏观动力特性之间的相关性分析,从微观层面阐述了土体宏观性质变化的机理。得到如下结论:(1)越江地铁周围土所受到围压变化较大,采用动三轴试验对越江地铁荷载进行模拟时围压的作用不能忽视。已有的研究中采用双向动三轴试验对地铁列车荷载进行模拟的研究相对较少,所采用的波形也与列车循环荷载具有一定的差异。(2)越江地铁循环荷载作用下,软黏土的孔压发展呈现出“急剧上升-增速减缓-趋于稳定”的变化规律。增大循环加载过程中的有效围压,孔隙水压力会上升;孔隙水压力的稳定值随着径向循环应力比的增大而增大;在实际工程中若将地铁循环荷载视为单向荷载将低估了其在土体中产生的超孔隙水压力的大小。采用二次对数模型对越江地铁循环荷载作用下软黏土的孔压发展进行模拟,模型综合考虑了径向循环应力比和有效围压的影响,能够为越江地铁工后沉降预测提供一定的参考。(3)越江地铁荷载作用下软粘土的轴向应变先是随着循环次数的增加而急剧增大,随后应变累积的速率逐渐减缓,最终应变增大的速率逐渐减小并趋于稳定。有效围压越大土体产生的累积应变越小,说明围压对于土体具有增强作用;径向循环应力比越大,土体轴向累积应变越小。提出越江地铁荷载作用下软黏土应变累积的显式关系式,对于越江地铁长期工后沉降控制具有一定指导意义。(4)循环加载过后,土体的渗透系数有所下降;循环荷载过程中围压与径向循环应力比对渗透系数损失比的影响规律不明显。土体的渗透系数损失比与土体的轴向累积应变具有一定的正相关性,即轴向应变增大,循环荷载导致的渗透系数损失比也出现增大的趋势。(5)越江地铁荷载作用下软黏土的孔径分布发生变化,主要表现为大孔隙显著减少,小孔隙所占比例上升;原重塑土样的孔隙呈“双峰”分布,加载后的试样大多呈“单峰”分布。减小越江地铁荷载过程中的有效围压,土体内的大孔隙减少、小孔隙增多;减小循环荷载过程中的径向循环应力比,土体呈现出小孔隙比例上升、大孔隙相对减少的趋势。分析越江荷载作用后孔隙大小与宏观动力特性的相关性,得到越江地铁循环荷载下平均孔径与轴向累积应变之间具有负相关性,说明循环荷载作用下土体原先的连接被破坏,孔隙变得破碎,从而产生轴向累积应变。越江地铁循环加载后土体渗透系数的损失比与土体平均孔径之间则无明显的相关性。