基于FLAC3D模拟不同倾角断层下隧道围岩稳定性分析
基于FLAC（3D）的深部巷道围岩稳定性数值模拟研究
基于FLAC（3D）的深部巷道围岩稳定性数值模拟研究贾晓亮【摘要】针对由于巷道剧烈底鼓、巷道断面变形造成巷道运输及维护困难等问题,采用数值模拟计算软件FLAC~（3D）,数值计算得到宏发煤矿＋1 650 m集中运输大巷巷道开挖后围岩垂直应力、水平应力分布及塑性区分布,分析并得到了巷道底鼓机理：距离巷道底板临空面更近的倾斜C_（17）煤层的软弱顶板岩层随掘进扰动而首先破坏,造成左侧局部底鼓,继而巷道底板围岩应力因底鼓而持续动态重新分布,并逐渐向右侧及深部发展,致使底鼓逐渐恶化并表现出左右非对称特征。
综合考虑施工、经济、效果、瓦斯等因素,提出采用＂构筑反底拱＋底板注浆＋底板锚杆＂联合支护的底鼓控制措施。
【期刊名称】《能源与环保》【年(卷),期】2017(039)006【总页数】5页(P18-22)【关键词】FLAC3D 底鼓数值模拟围岩巷道支护【作者】贾晓亮【作者单位】中煤炭科工集团重庆研究院有限公司,重庆400037【正文语种】中文【中图分类】TD862.1深部巷道围岩变形主要表现为围岩变形量大、变形速度快、巷道持续变形、流变、深部岩石扩容等特征[1-3]。
针对该情况，国内学者进行相关研究，张合超、房健、苏军等[4-6]采用FLAC3D模拟了不同支护参数条件下巷道支护效果，研究了地下开采对围岩的影响范围。
徐文彬、许梦国、余伟健等[7-9]分析了交叉型巷道群围岩由于不同的开挖顺序而产生不同的应力状态、位移变形以及塑性屈服变化特征，对比了不同布置形式的底部结构在开挖影响下的稳定性。
宁建国、刘泉声、何富连等[10-12]采用FLAC3D数值模拟软件分析空间交叉巷道的应力分布特点以及沿下方巷道轴向方向形成的应力增高和降低区。
牛学超、闫长斌、肖明等[13-15]提出了大型地下洞室施工开挖过程动态模拟的三维有限元数值分析方法，并通过工程实例分析爆破震动作用下地下硐室群的稳定性。
宏发煤矿地处云贵高原，地质构造极为复杂，巷道所处的煤层直接顶为粉砂质泥岩，顶板节理发育，表现出深部巷道围岩变形的特征，且其巷道原支护结构方式和参数不合理等原因使得巷道发生严重变形和破坏，其中深部高应力和围岩较低承载能力是该矿巷道变形破坏的主要原因。
基于数值模拟的隧道施工围岩稳定性分析
基于数值模拟的隧道施工围岩稳定性分析发表时间：2019-02-18T15:00:12.290Z 来源：《基层建设》2018年第36期作者：刘兰香[导读] 摘要：本课题以攀大高宝鼎1号隧道为工程依托，通过对现场监测的变形以及压力数据进行反分析，得到围岩的物理力学参数。
铁正检测科技有限公司山东济南 250014摘要：本课题以攀大高宝鼎1号隧道为工程依托，通过对现场监测的变形以及压力数据进行反分析，得到围岩的物理力学参数。
并基于FLAC3D数值模拟软件，建立数值计算模型，借助sufer绘图软件绘制安全系数等值线，在不同围岩级别下从位移场、塑性区和安全系数等值线分布三方面对隧道稳定性作出定量和定性评价，所得结论对指导现场施工具有一定的理论价值。
关键词：围岩；FLAC3D数值模拟；稳定性；安全系数1．引言随着社会与科技的不断进步，我国已进入交通运输飞速发展的黄金时期。
我国隧道工程的建设规模与速度得到空前的发展，地下空间的开发与利用已成为时代主题。
近几年各大城市纷纷开工建设过江、跨海长大隧道，无疑把中国隧道推上新的台阶，与此同时，伴随浮现的是一系列复杂的地质条件和亟待解决的施工难题。
而保证施工安全与工程质量的重要因素就是是否满足维持围岩的稳定性，减小围岩的扰动效应，增大围岩的扰动抗力，使围岩处于合适的动态平衡范围之内。
本文在前人的研究基础上，结合实际施工工况和设计施工参数对宝鼎1号隧道的开挖支护进行数值模拟，并从围岩位移场、塑性区分布状态和安全系数等值线三方面对围岩稳定性进行分析，所得结论可对现场施工和合理的支护设计具有参考价值。
2．工程概况宝鼎1号隧道设计为双向分离式越岭隧道，左洞进、出口桩号：ZK9+383~zk14+467，全长5084m，设计路面标高1355.38m~1476.22m，右洞进、出口桩号：K9+377~K14+464，全长5087m，设计路面标高1355.24~1476.17m，纵坡为2.4%，为单向坡，向进口倾斜，隧道最大埋深约617m。
FLAC3D在太平梁隧道围岩稳定性中的应用
出围岩在开挖 支护等工序 中的变化 ，所 以被广 泛地应用于 工
程 实 际 当 中 。数 值 分 析 中 同样 可 以通 过 对 围岩 沉 降 量 的对 比 来分析围岩的稳定性。 （ ） 道 在 未 支护 的情 况 下 开 挖 完 全 且 稳 定 后 ， 大 沉 降 １隧 最
（ 者 单位 ： 北 工 业 大 学 土木 工程 学 院 ；０ １ ） 作 河 ２１． ９
量 发 生在 拱 顶 ，经计 算有 １ ．９ Ｏ７ ｍｍ，拱底 最 大 回 弹 量 为
９５ １ ｍｍ。 在 有 支 护 的 情 况 下 ，拱 顶 的 最 大 沉 降 量 降 低 为 ．７ ５ ４０ ９ ｍｍ ， 拱 底 的 回 弹 现 象 也 得 到 缓 解 ， 回 弹 量 降 为 ．０ １
◆考文ｔ
ＦＡ ３ Ｌ Ｃ Ｄ在 太 平 梁 隧道 围岩 稳 定 性 中的应 用
张环 李松
擅 耍 ： 所周知 ， 众 隧道 围岩 的稳 定性 对于 隧道 的开挖 、 正
１ ６５ ， 向 的 下边 界 取 至 距 锚 固体 ２ ０ ．ｍ Ｙ方 ０米 处 即 四倍 的 隧 道 洞 高 ， Ｙ方 向上 边 界 选 取 隧 道 的实 际埋 深 。 同路 段 左 右 幅 而 不
在 实际施工过程 中， 还应结合 实测数 据对施工进行指导。
３ Ｉ 围 岩 双 侧 壁 导 坑 法 的 位 移 分 析 ． Ｖ级 隧 道 围 岩 的沉 降量 由 于 其 容 易被 监 测 ，而 且 能 最 直 观 地 反 应
阶段 还是到隧道开 挖的阶段再到 日后 的使 用阶段都应 予以重 视， 加强 支护 措施 ， 并且 要注意对其 的监测。本文只作 了理论 分 析 ，在具体工程 中还 应结合实 际情 况对围岩进行稳 定性 的
基于FLAC3D的高速公路隧道两种开挖方式稳定性分析
基于FLAC3D的高速公路隧道两种开挖方式稳定性分析采用数值计算对高速公路隧道施工过程进行分析，得到了施工过程中围岩的变形和支护结构的受力状态。
结果表明，随着开挖的推进，中隔墙上部以及洞侧壁处围压变形和应力较为集中，易产生相关地质灾害。
所以，在相关工程施工过程中应该对以上部位进行高质量的支护防灾。
对于底部在中墙位置隆起较为严重，所以应该加强此处的加固措施，条件允许是可开挖较深施做浅基础。
标签：隧道；围岩；数值计算1 概述近年来，随着经济建设及基础设施的快速发展，我国对于高速公路的需求越为强烈。
为更好的选线施工，减少施工期间地质灾害的威胁，方便施工以及满足交通需求，必须开山造路或者凿洞通路，这也就面临隧道开挖相关复杂地质问题。
目前，山岭隧道越来越多，比如川兰铁路的山岭隧道占到了线路总长的一半，而山岭隧道所遇到的围岩复杂多变，构造运动影响强烈，隧道断面的跨度也越来越大，所以不同的断面形式在一定方面适应复杂地区隧道的开挖。
随着开挖期间的多期次开挖扰动使得岩体强度明显减弱，岩体破碎严重，其自身稳定性明显降低，同时也造成后期施工难度加大，软弱夹层地带更为明显，易产生类型及机制较为复杂的地质灾害。
本文在基于FLAC数值软件的计算下，主要对Ⅵ级围岩下的大跨度隧道在不同的开挖方式下其对应围岩稳定性进行对比分析研究。
2 计算方案2.1 计算模型某隧道长约270m，围岩为Ⅴ、Ⅵ级，开挖跨径最大为37.0m，埋深最大为75m。
研究区地貌主要为侵蚀山地和剥蚀山地，地层岩性主要为人工填土、碎石、粉砂泥质岩和泥岩组成，隧道入口所出露岩性为残破积亚粘土夹碎石。
整个隧道橫穿山岭地带，且隧道入口比较陡峭，坡度角约为50°，隧道出口较入口比较缓，坡角约30°。
以隧道入口所出露岩性为研究对象，运用FLAC3D软件建立三维地质及结构模型（见图1）。
由于数值模型的建立必然会受到边界效应的影响，所以在所建模型之时，将模型埋深取为48.5m，隧道左右内壁距模型边缘均为50m，沿隧道垂直走向方向长度为120m，隧道内壁顶部距底部边界为40m，沿隧道走向方向长度为10m。
断层倾角对隧道围岩稳定性影响研究
断层倾角对隧道围岩稳定性影响研究隧道工程是一项复杂的工程项目，隧道围岩稳定性是其中非常重要的一个问题。
而断层倾角作为围岩结构的一部分，对隧道围岩的稳定性有着重要的影响。
对断层倾角对隧道围岩稳定性的影响进行研究具有重要的理论和工程意义。
本文旨在探讨断层倾角对隧道围岩稳定性的影响，并为相关工程实践提供一定的参考。
1. 断层倾角的影响断层倾角是指断层面与水平面的夹角，它在围岩中的作用主要表现在以下几个方面：（1）支撑作用：当断层倾角较小时，断层面对围岩的支撑作用较好，可以减小围岩的位移和变形，保持围岩的稳定性。
（2）滑动破坏：断层倾角越大，围岩受到的摩擦力越小，容易发生滑动破坏，影响围岩的稳定性。
（3）应力分布：断层倾角的变化会导致围岩应力分布的不均匀，进而影响围岩的稳定性。
2. 隧道围岩稳定性的影响隧道围岩稳定性受到断层倾角的影响主要表现在以下几个方面：（1）围岩位移：断层倾角越小，围岩的位移和变形越小，稳定性越好；断层倾角越大，围岩易发生位移和变形，稳定性越差。
（2）围岩破坏：断层倾角越小，围岩的抗压强度越大，抗破坏能力越好；断层倾角越大，围岩的抗压强度减小，抗破坏能力降低。
以上分析表明，断层倾角对隧道围岩稳定性有着重要的影响，合理的评估和处理断层倾角对隧道围岩稳定性的影响，对于保障隧道工程的安全和稳定具有重要意义。
1. 理论分析对断层倾角对隧道围岩稳定性的影响进行理论分析，通过建立断层倾角与隧道围岩稳定性的数学模型，分析断层倾角对围岩的支撑作用、滑动破坏和应力分布等影响因素，定量评估断层倾角对隧道围岩稳定性的影响程度。
2. 数值模拟利用数值模拟方法，对不同断层倾角条件下的隧道围岩稳定性进行模拟计算，分析断层倾角对围岩位移、破坏和压力分布等影响，为实际工程提供定量的参考依据。
3. 工程实践通过对已建成的隧道工程进行观测和分析，总结不同断层倾角条件下的围岩稳定性表现，分析其与断层倾角的关系，提炼出对不同断层倾角条件下围岩稳定性的处理经验和方法。
隧道围岩稳定性的三维数值模拟与分析
隧道围岩稳定性的三维数值模拟与分析隧道围岩稳定性的三维数值模拟与分析摘要：本文采用数值模拟方法对隧道围岩的稳定性进行了三维模拟与分析，考虑了岩体的各向异性、接触参数、应力演化等因素，并根据模拟结果对隧道施工中的围岩控制提出了建议。
关键词：隧道，围岩稳定性，三维数值模拟，岩体各向异性，接触参数，应力演化1.引言隧道作为人类交通运输和地下工程的重要载体，已经成为现代城市建设的重要组成部分。
隧道施工中，隧道围岩的稳定性直接关系到隧道的安全和持久性，因此对隧道围岩进行稳定性分析是保证隧道工程质量的基础和前提。
现代数值模拟方法已经成为分析和研究地下工程的重要手段。
数值模拟方法不仅可以模拟岩石围岩在不同应力状态下的变形与破裂过程，还可以对隧道施工过程中的岩石控制进行仿真分析，提供重要的技术支持。
本文采用数值模拟方法对隧道围岩的稳定性进行了三维模拟与分析，探讨了岩体的各向异性、接触参数、应力演化等因素对围岩稳定性的影响，并提出了相应的围岩控制建议。
2.数值模拟方法本文采用了基于有限差分法的FLAC（Fast Lagrangian Analysis of Continua）三维数值模拟方法。
FLAC软件结合了流体动力学和结构力学理论，可以模拟几乎所有材料在单轴和三轴应力状态下的力学行为。
将FLAC进行了相应的参数化和网格剖分，建立了隧道围岩的三维模型。
模拟过程中，考虑了岩体的各向异性、接触参数、应力演化等因素，并通过模拟结果对围岩稳定性进行了分析。
3.数值模拟结果根据模拟结果，本文得出了以下三个结论：首先，岩体的各向异性是影响岩石围岩稳定性的重要因素之一。
山体斜坡方向、裂缝和岩体的结构构造等特征将导致岩石围岩的性质发生变化，从而影响岩石围岩的稳定性。
其次，接触参数对围岩稳定性的影响是显著的。
通过对接触参数的调整，可以有效地改善岩石围岩的稳定性。
例如，增加摩擦力和接触刚度等参数，可以减少岩石围岩的变形和破裂。
最后，应力演化是影响围岩稳定性的另一个重要因素。
基于FLAC3D的隧道断面形状优化与支护技术研究
基于FLAC3D的隧道断面形状优化与支护技术研究作者：常建强张继华朱鞠兵来源：《西部交通科技》2019年第12期摘要：合理的隧道断面形状和尺寸是保证隧道围岩稳定性的关键。
文章以某山地隧道为工程背景，用FLAC3D软件分析了马蹄形、圆拱形和椭圆形等三种不同断面隧道的应力场、位移场和塑性区的分布特征。
研究表明：马蹄形隧道围岩位移、剪应力、塑性区，均较圆拱形和椭圆形断面要小，且变化较为稳定。
针对马蹄形隧道，提出“衬砌+锚杆”联合支护方案，数值模拟结果表明该支护方案能够有效地减小隧道围岩变形和塑性区扩展，达到了控制围岩变形的目的。
关键词：断面形状;数值模拟;围岩稳定性;支护方式中图分类号：U452.2文献标识码：A DOI： 10.1 3282/j. cnki. wccst. 201 9. 12. 022文章编号：1673 - 4874（2019）12 - 0076 - 050 引言发展山区交通主要借助于山地隧道，作为山区交通主要的交通运输形式，如何保证山地隧道运行的安全与稳定性是隧道建设所必须考虑的。
围岩作为隧道工程的主要承载体，在隧道开挖后十分容易发生冒落破坏[1-2]，为了提高山地隧道建设的安全性、便利性与经济性，选取合理的山地隧道断面形状至关重要[3-5];吕爱钟[6]假设围岩为弹性，考虑孔边最大的切向应力最小的情况，提出了借助复形最优技术来选择确定最合理的断面形状的观点。
徐林生[7]等运用数值分析法并将洞周位移作为判断依据，探讨了隧道断面形状的设计优化问题。
刘义虎[8]对公路隧道断面的优化选型及如何保障隧道结构支护设计的稳定性进行了研究，并提出了三种断面形状相应的选型办法。
本文运用FLAG3D数值模拟软件对几种较为常见的隧道断面进行模拟，在相同的条件下对三种不同断面围岩的变形、应力及塑性区进行对比分析，在选定最合理的隧道断面形状后，还对其施加衬砌[9-10]和锚杆等支护方式，从而确保隧道的安全与稳定性。
基于FLAC 3D在不同断面形状下隧道围岩的稳定性分析
安全质量建 筑 技 术 开 发·136·Safety and QualityBuilding Technology Development第48卷第6期2021年3月对于隧道开挖，首先要考虑其对围岩的影响，不同断面形状的隧道开挖引起的围岩变形和应力分布存在很大差异，因此对不同形状的隧道在施工后围岩的稳定性进行分析比较非常有意义。
目前国内外施工过程中常用的隧道断面形状有圆形、椭圆形和马蹄形等，本文运用FLAC 3D 软件对这3种断面形状隧道在开挖后围岩的应力分布、塑性区范围等进行系统的分析比较，以判定隧道的设计形状对隧道工程的影响，得出对围岩扰动最小的最优断面形状。
1 计算模型相关参数的确定假定开挖的隧道围岩为理想的弹塑性介质，具有均匀的各向同性特征，只施加岩土体的自重应力。
建立的模型尺寸为100 m ×100 m ×20 m （长×宽×高），设定不同形状隧洞的开挖面积都为314.15 m 2，埋深为50 m ，开挖隧道时采用全断面开挖法，围岩的物理力学参数见表1。
表1 围岩的物理力学参数材料类别体积模量/Pa 剪切模量/Pa 摩擦角/℃粘聚力/Pa 抗拉强度/Pa 参数2×1081×108254×1051.5×1052 数值模拟计算分析2.1 圆形断面隧道开挖后围岩的稳定性分析图1、图2是在FLAC 3D 软件中模拟圆形断面隧道开挖后围岩的最大主应力与最小主应力分布图。
如图1、图2所示，在圆形隧道开挖后围岩都是受压的，且应力分布较对称，隧道拱顶的最大压应力为1.07 MPa ，隧道拱底的最大压应力为1.67 MPa。
图1圆形隧道围岩的最大主应力（计算机截图）图2 圆形隧道围岩的最小主应力（计算机截图）在FLAC 3D 软件中模拟圆形断面隧道开挖后的塑性区分布如图3所示，在圆形隧道开挖后围岩的塑性破坏通常发生在隧道周围，且分布较均匀，洞底塑性区的范围略大于洞顶，隧洞左右两侧塑性区略大于其他部位，围岩塑性区体积为2.848×103 m 3。
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基于FLAC 3D模拟不同倾角断层下隧道围岩稳定性分析摘要：本研究以狮子洋隧道为例，采用FLAC 3D软件模拟四个不同倾角的断层，探讨各倾角断层下隧道开挖前后围岩应力和应变变化。
结果显示，断层破碎带的初始地应力分布不均匀，尤其在破碎带处波动明显。
当开挖至破碎带，围岩应力降低迅速，隧道变形增大。
同时，断层倾角减小时，隧道开挖影响范围扩大，破碎带隧道位移更大更集中，围岩应力分布更不均匀。
主要表现为围岩应力在断层处下降幅度加大，隧道应力集中区域应力更密集更高。
关键词：有限差分法；数值模拟；断层落差Stability analysis of tunnel surrounding rock under different drop faults based on FLAC 3D simulationZhang YangTian1Abstract: This study takes the Shiziyang Tunnel as an example and uses the FLAC 3D software to simulate four different dip angles of faults, exploring the changes in stress and strain of surrounding rock before and after tunnel excavation under each dip angle fault. The results show that the initial stress distribution of the faulted zone is uneven, especially with significant fluctuations in the fractured zone. When excavating to the fractured zone, the surrounding rock stress decreases rapidly, and tunnel deformation increases. At the same time, when the fault dip angle decreases, the range of tunnel excavation influence expands, and the displacement of the fractured zone tunnel is larger and more concentrated, and the stressdistribution of surrounding rock is more uneven. This is mainly manifested by the greater decrease in rock stress at the faultlocation and a more concentrated and higher stress region in the tunnel's stress concentration area.Keywords: finite difference method; Numerical simulation; Fault drop随着中国的加速发展，基础设施的建设也成为中国迫切需要解决的问题，其中地质隧道和地下工程的复杂性成为中国隧道工程发展中遇到的最大问题。
通过分析总结以往隧道工程中遇到的形形色色的问题，不难发现断层破碎带对隧道开挖的影响的重要性。
由断层引起的工程学上的、地质问题很多。
一旦事故发生，不单单可能会影响工程建设周期，甚至可能会危害人生安全。
因此过断层隧道工程问题引起了众多优秀的学者注意，并对此开展了相关的研究。
李杨杨[1]通过数值模拟分析了隧道开挖卸荷诱发断层活化突水的互馈联动机制，明确了关键突水点及突水工况。
结果显示，随着断层倾角增大，断层对开挖卸荷效应的敏感程度降低，而渗流场对断层倾角变化较为敏感。
康海波[2]宝鼎2号特长公路隧道为例，通过数值模拟和现场监测数据分析了隧道穿越断层及煤层时围岩的变形规律。
结果显示，经过断层及煤层的区域，包括拱顶、拱腰和仰拱处的位移都发生了突变，并且最终位移值远大于不含断层及煤层处的围岩，不同空间位置的煤层对围岩变形的影响也不同。
王万锋[3]研究以三清高速西山营隧道为研究对象，采用数值模拟和现场监测相结合的方法探究断层形态对隧道围岩变形及支护结构稳定性的影响，并提出最佳加固方案。
赵树林[4]以乌鲁木齐轨道交通4号线为工程背景，建立了数值模型，分析了不同隧道斜穿断层角度对衬砌结构力学演化规律的影响。
宫大辉[5]研究断层处围岩等级变化条件下，不同工法组合开挖对隧道产生的影响效应。
宫大辉[5]以海沧海底隧道为例，通过数值模拟，分析了四种工法组合下隧道围岩变形规律。
陈爽[6]分析隧道选址区域初始地应力场，以减少地下工程区断层等地质构造对局部应力场的影响。
研究结果表明，隧道选址区域水平垂直隧道轴线方向的应力最大，且应力值在断层内部减小，断层带边缘增大。
Dalgıç S[7]成功地将断层带中的异质条件转化为隧道冲击区的均质条件，完成了隧道的开挖和支护。
Zhang pei[8]根据实际工程中的地应力数据建立关于断层结构和地表特征的数值模型，利用神经网络算法对地应力进行了合理预测。
Miller M R[9]研究了隧道周围土体强度变化对隧道在地震或地球物理荷载下变化的影响。
Varnusfaderani[10]利用2D有限元数值模拟软件研究不同地震作用下静态断层对隧道应变的影响，研究表明断层性质、断层隧道的相对位置、断层滑动量和地震级数对隧道衬砌有显著的影响。
根据前人所作的研究成功可知，关于在隧道开挖模拟、穿越断层的开挖方式、穿越各种断层可能遇到的问题，各学者都完成了大量的工作，并给出了较为满意的结果。
根据以上研究结果，本文从断层落差入手。
断层的落差是影响隧道稳定性的重要因素之一，本次研究对不同落差的断层进行模拟分析，主要分析断层落差对隧道开挖各个阶段的影响，通过对比各种情况下隧道围岩的应力和应变，总结出影响规律，讨论隧道开挖的安全性问题。
1 工程背景与数值模型的建立1.1 工程背景珠江狮子洋隧道广州岸位于广州番禺区石楼镇菱东村。
属南亚热带季风气候，日照充足，雨水充沛，年均气温为21.4~21.9℃。
该区域属珠江三角洲海陆交互相平原地貌，地势平坦。
狮子洋隧道主要通过的地层为第四系海相沉积及冲积淤泥、淤泥质土层等，土层稳定性较差，基岩软硬差异大，大多为软质岩。
隧道围岩分级为Ⅳ~Ⅵ级，其中Ⅵ级围岩长3490m，占总长的58.2%，Ⅴ级围岩长2010m，占总长33.5%，Ⅳ级围岩长500m，占总长8.3%。
区域内存在文冲—狮子洋断裂带，该断裂带总体走向30~50°，倾向南西，倾角50~80°，长约120km，施工过程中需要经历各种不同落差的断层，且断层带岩体破碎、含水，给工程带来了极大的影响。
1.2 数值模型的建立查阅《工程地质学》[11]发现，隧道开挖能影响隧道三倍直径范围内的岩土体，根据此结论并结合狮子洋实地工程条件建立的模型边界为隧道宽度的二十倍，并对模型周围施加法向约束，固定模型底面的点，顶面不施加任何约束，以模拟现实岩土体自然的应力状态。
模型尺寸217.5m×200m×166.5m，模型三维透视图如图1所示。
隧道为马蹄形隧道，隧道截面尺寸如图2所示。
隧道埋深为96.5m。
断层破碎带倾角同为45°，但规模大小不一。
根据断层落差规模大小划分，分为特大断层（落差160m）、大断层（落差120m）、中断层（落差80m）、小断层（落差40m）。
图1 模型三维透视图图2 隧道断面尺寸图1.3 相关参数的设定本文采用Mohr—Coulomb模型[14]对隧道进行模拟，隧道穿越的围岩为Ⅲ级围岩，断层破碎带处的围岩为Ⅴ级围岩，开挖隧道时采用台阶式开挖法，围岩及衬砌的物理力学参数详见表1。
表1 材料力学参数表材料重度kn/m弹性模量Gpa粘聚力/Kpa内摩擦角/°泊松比围岩23670039°0.25断层破碎带17150200.35喷射混凝土2421--0.25锚杆78.5210--0.22 数值模拟结果分析2.1 施工未开始阶段隧道开挖前的初始地应力云图如下图3所示，依次排序为45°断层至90°断层。
由图可知，在隧道作业之前，岩土体的内部应力状态主要由自重应力为主导，岩土体在自重应力的作用下处于相对稳定的状态。
岩体应力在隧道开挖之前呈层状分布，且与深度呈正比关系。
随着深度的增加，地应力也会越来越大。
在断层破碎带附近及断层破碎带处的岩土体的地应力产生了一定的波动，这是由于断层及其两侧土体三者发生了应力传递的缘故。
这使得断层右侧土体发生了卸荷作用，而断层左侧岩体发生了加荷作用。
因此，在同样的深度下，左侧岩体应力会稍高于右侧岩体。
远离断层的岩体受到应力传递影响也越来越小。
通过比较四个断层的应力云图，我们也可以发现，随着断层倾角的增加，应力传递的作用也越来越小。
当断层呈90°时，甚至都没有发生应力传递。
在断层破碎带的底部都发生了应力集中，该处应力大小与断层倾角呈反比关系。
a)Dip=45°b)Dip=60°c)Dip=75°d) Dip=90°图3 不同断层倾角初始地应力云图2.2 施工开挖阶段施工开挖打破了岩体天然应力的平衡状态，隧道一定范围内的应力产生规律性的变化和位移，在不同的断层倾角下隧道的应力应变也有不同的特点。
应变分析：隧道开挖后，围岩在隧道断面径向位移云图如图4所示。
从图中看出隧道开挖后隧道上部围岩由于失去支撑，产生向下的位移，而底部围岩也因为上覆岩土的消失，在不平衡力作用下产生向上隆起。
四种隧道在开挖至断层破碎带处，隧道围岩变形量都有着不同程度的增加。
分析云图可以看出，随着断层倾角的减小，隧道开挖所引起的扰动范围增大，隧道内围岩变形更加集中，主要集中与断层破碎带处。
a)Dip=45°b)Dip=60°c)Dip=75°d) Dip=90°图4 断层开挖阶段隧道断面径向位移云图隧道开挖阶段的隧道断面最大径向位移量变化特征如图5所示。
由图可以发现随着断层倾角的减小，隧道内变形波动明显增大，主要表现为隧道开挖初段变形量较大，随着开挖深入会逐渐减小，在开挖至断层破碎带处又会陡然增加。
如隧道穿越45°断层时，断面最大径向变形量由初期3.23mm逐渐减小至2.27mm，在开挖至断层破碎带时，位移量激增至18.49mm。