2m厚底部水平层状围岩隧道数值模拟效果分析

孙晓杉 张婧

【摘 要】利用FLAC3d针对Ⅳ1级0.5m/层共2m厚度的拱底层状围岩建立模型1“2m厚层状围岩平底隧道”、模型2“2m厚层状围岩仰拱隧道”、模型3“2m厚层状围岩加强底部支护的平底隧道”，对这3种模型进行数值模拟分析，结果表明：模型1最不稳定，模型2与模型3效果相当，模型3不仅能保证隧道的正常运作，还能大大缩短工期，降低造价和施工的难度。

【关键词】FLAC3d；Ⅳ1级围岩；平底；仰拱；平底加强

本文具体研究以下几个方面的模拟效果分析：1. 围岩位移场分析：主要是竖向位移；2. 围岩应力场分析：主要是竖向应力；3. 围岩塑性区范围；4. 支护结构的内力：锚杆轴力。

1 竖向位移分析

本节将分析平底模型1、仰拱模型2以及加强平底模型3三种情况下隧道开挖支护完成后竖向位移。

无论是平底隧道还是仰拱隧道，都表现为拱顶下沉[1]，底部隆起，并且都是拱顶沉降值最大，底部隆起值最大。模型1拱顶沉降值为5.856mm，隧道底部拱起值为16.498mm。模型2拱顶沉降值为5.3215mm，隧道底部隆起值为11.69mm，对比可知，仰拱相对平底隧道拱顶沉降值减小9.113%，对于底部隆起值，仰拱相对于平底减小29.14%。

模型1的基础上将平底加强，即在平底部位打注浆锚杆，进而增加底部围岩的强度，有效的减小底部隆起，模型3拱顶沉降值为5.6374mm，相对模型1减小了3.73%，底部隆起值为12.078mm，相对模型1减小26.79%；相对于模型2，拱顶沉降值大5.59%，底部隆起值大3.32%，都控制在10%以内，由此可知模型3有效控制了拱顶沉降值和底部隆起值。

2 竖向应力分析

在模型开挖过程中，围岩会产生各个方向的应力，主要包括竖向应力、水平应力、剪切应力、有效应力等[2]，本节中主要研究三个模型竖向应力szz值的变化及其规律。……