强度折减有限元法在水工隧洞稳定性评价中的应用

李小芳

（湖南水总水利水电集团有限公司 长沙市 410007）

引 言

随着对中央一号文件的不断实践，以及我国西部大开发战略的进一步深化，大型水利项目中隧洞工程越来越多，然而大型隧洞的稳定性评价却一直缺少合理的定量评价指标，如何客观地、定量地评价隧洞工程的整体安全稳定性是亟待解决的关键问题。

尽管目前可采用有限差分法或有限元法等方法计算隧洞围岩的受力状态，但仅凭应力、位移、塑性区大小很难正确地评价隧道稳定性。同时、当前工程上亦无隧洞稳定安全系数的概念，一般参照经验对隧道围岩的稳定性进行评价。强度折减有限元法通过不断折减岩土体强度参数得到岩土体的潜在的破坏面，求得安全系数[1-4]。本文将强度折减有限元法应用到隧洞的稳定性分析中，并把围岩视作等强的均质体，由剪切破坏引起隧洞整体失稳，得到其相应的是整体安全系数与潜在破坏面。

1 水工隧洞破坏机理

隧洞在开挖前，岩石为一个整体，处于天然应力平衡状态；隧洞开挖后，有了自由空间，破坏了岩石的整体完整性和天然应力的平衡状态，岩石应力要进行重新分布。原洞周边处于挤压状态的围岩，在进行开挖后，失去原有支撑，岩体应力重新调整，并向洞室空间变形。当岩体强度小于洞体应力，便发生了破坏，洞周部分岩体从母岩中分离、脱落，形成坍塌、滑动、隆起和岩爆等破坏状态。

从分析与观察到的情况看，隧洞破坏分为剪切破坏与拉裂破坏。……