深部软岩隧道施工性态时空效应分析
时空效应规律在软土深基坑工程中的运用
时空效应规律在软土深基坑工程中利用一、引言:因为土体各向异性、土工试验技术不足和施工原因复杂性，在基坑施工中各工况下不停改变流变参数难以测准，而支护墙体内力和位移也就难以估计。
现在中国外对此问题尚缺乏处理理论和方法。
所以在软土地域建筑物和市政公用设施密集地域，要按控制土体位移保护环境要求，进行深基坑设计和施工，就带有风险性。
为求得工程安全和环境安全，在中国外部分靠近关键建筑设施软土深基坑中，于基坑内部进行大量地基加固以改善土壤性质(如新加坡、台北等工程实例)。
从中国软土地域，尤其是上海地域近十年来在深基坑施工实践和试验研究结果中，能够认识到:在深基坑开挖及支撑过程中，每个分步开挖空间几何尺寸和支护墙体开挖部分无支撑暴露时间，和周围墙体和土体位移有一定相关性。
这里反应出基坑开挖中时空效应规律性。
实践证实:利用时空效应规律，能可靠而合理地利用土体本身在基坑开挖过程中控制土体位移潜力而达成保护环境目标，这是一条安全而经济技术路径，这已为上海近两年来完工五个深基坑工程实践所验证。
二、考虑时空效应基坑工程设计及施工技术关键点:1、首先合理选定基坑开挖及支撑施工工序和施工参数。
基坑开挖和支撑施工是决定基坑工程成败优劣关键工序。
为在基坑开挖中降低土体扰动范围，保持基坑稳定，并使地层位移和差异位移符合估计值，合理选定基坑开挖及支撑施工工序和施工参数是决定性原因。
开挖和支撑施工工序基础是按分层、分部、对称、平衡标准而制订，最关键施工参数是每层开挖中挡墙被动区土体挖除后，挡墙未支撑前自由暴露时间和暴露宽度和深度。
在大面积不规则形状高层建筑深基坑中，挡墙被动区土体往往在开挖中被保留成为土堤状，此土堤断面尺寸亦按其能抵住挡墙要求而定，亦为关键参数。
2、基坑设计中，估计考虑土体流变性围护墙体位移和对应地层位移，并采取方法使之符合保护环境要求。
从实测资料和理论分析中可知:土体流变性时软土深基坑变形影响是显著，在同一工况下基坑围护墙体随其在开挖后暴露时间延长而增加，现在通常基坑围护墙体变形计算均未计及流变原因，在基坑周围建筑设施对地基位移很敏感时，尤其在流变性较大土层时，就必需正确地采取以下计及土体流变性计算法，并采取对应处理对策。
软土深基坑支护结构内力与变形时空效应的影响因素分析_高文华
表 5 墙水平位移 (mm) 最大竖向弯矩 Mx (kN·m) 最大横向弯矩 My (kN·m) 最大扭矩 Mxy (kN·m)
017 H
50171 161814 20412 67316
110 H
48111 156519 20216 65315
115 H
42107 131517 16810 54714
2 时空效应分析的基本原理和方法
211 基本假定 (1) 鉴于基坑开挖过程中 , 围护墙体主要承受垂
收稿日期 : 2000 Ο10Ο09 湖南省教委科研项目资助 (项目编号 : 99C160)
图 1 支护结构计算分析简图
第 34 卷 第 5 期
高文华等·软土深基坑支护结构内力与变形时空效应的影响因素分析
研究表明 , 围护墙体和周围软土地层的变形随时
间发生变化 , 具有明显的时效性 , 因此 , 软土地层中
的基坑开挖过程宜采用可考虑时间因素的粘性模型 。
在应力边界和排水条件保持不变的情况下 , 地基模型
可用线性粘弹性 KelvinΟVoigt 模型模拟[9] 。
由此可见 , 式 (1) 可模拟在不同的开挖条件下
通过对支撑施加预加轴力控制墙体位移是工程施 工常用的措施 。在上述工程实例中 , 三道支撑的设计 预加轴力分别为 100t 、250t 、300t , 分析研究中分别 将其取为 011 倍 、1 倍 、112 倍的设计预加轴力值后 进行了计算 , 第四工况结束时的计算结果见表 3 。
表 3 支撑预加轴力对墙体位移和内力的影响
最大水平位移 (mm) 最大竖向弯矩 Mx (kN·m) 最大横向弯矩 My (kN·m) 最大扭矩 Mxy (kN·m)
0101 K 011 K 110 K 1010 K
隧道盾构施工性态时空效应分析
分析等 ， 已成为岩土工程界发展最快 、 影响最大的
软 件 系统 之一 。
本 文针 对地 下 工 程 施 工 过 程 的 非 线 性 特 点 ， 运 用 Ｆａ如建立 了反 映 隧 道盾 构 下 穿 近距 离 既 有 ｌ ｃ 地 铁 口的施 工过 程 的三 维 数 值 计 算 模 型 ， 研究 施
程 ， 入探 讨 其 时 间 与 空 间效 应 。 （ ） 解 采 用 深 ３求
“ 显式” 差分 ， 不需存储修改 刚度矩阵 ， 节约内存 ， 减 少运 算 时 间 ， 高 求 解 速 度 。 （ ） 对 岩 土 工 提 ４针 程开发 ， 材料模型丰富 ， 计算模式多样 ， 内置特有 衬砌 、 土工格栅等单元模拟土质 、 岩石或其它材料 的三维力学行为 ， 尤其适用于软弱介质材料 的弹 塑性 太变 以及施工过程模拟 ， 并可加
入 诸如 断 裂 、 理 构 造 等 地 质 因 素 。 目前 Ｆａ如 节 ｌｃ 已在 ６ ０多个 国家 被广 泛应 用 于工 程地 质 、 岩土 力 学 以及构 造 地质 学和 成矿 学等 研究 领域 。我 国直
至２ ０世纪 ９ ０年代初才引进 Ｆａ如， ｌ ｃ 主要应用 于
工程 地质 和岩 土力 学 分析 ， 如矿 体 滑坡 、 煤矿 开采 沉 陷预测 ， 水利 枢纽 岩 体稳定 性 、 矿巷 道稳定 性 采
摘
要 ：运用基于拉格 朗 日原理 的有 限差分软 件 Ｆａ 作 为基本 工具 ， ｌｅ 对某 隧道 盾构下穿近距 离既有地铁 出
入 口施工过程进行 三维数值 仿真分析 ， 计算结果 表明施工过程对地层沉 降有不可忽视的重要影响 ， 必须加 以
考虑 ， 出结构 所在地层在盾构推进过程 中的变形规 律 ， 而为 类似 工程 的设计与施工采取相 应的措施提供 得 从
高应力软岩隧道施工的时空效应分析
中图分 类号 ：Ｕ ５ Ｔ ４７
文献 标识码 ： Ｂ
Ａｎａｙ ｉ ｎ ｔ ｅ Ｅｘ ａ ａ ｉｎ ｎ ｕ ｌ ｓｓｏ ｈ ｃ ｖ ｔｏ ａ ｄ Ｓ ｐｐｏ ｔｏ ｉｈ Ｓ ｒ ｓ ｏ ｔＳ ｒ ｕ ｉ ｇ ｒ ｆＨ ｇ ｔ ｅ ｓ Ｓ ｆ ｕｒ ｏ ｎｄ ｎ Ｒｏ ｋ Ｔｕ ｎｅ ｎｓｄ ｒｎ ｍ ｅ ｓ ａ ｅ Ｅｆｅ ｔ ｃ ｎ ｌＣｏ ｉ ｅ ｉ ｇ Ｔｉ －ｐ ｃ ｆ ｃ
ｅ ｅ ｔ Ｄｕ ｉ ｈ ｒ ｃ ｓ ｆｃ ｎ ｔｕ ｔ ｇ ｔ ｅ ｔｎ ｌｉ ｉ ｈ ｓｒ ｓ ｏ ｔｒ ｃ ｔ ｅ ｆｒｔｓ ｐ— ｆ ｃ ”． ｒｎｇ ｔ ｅ ｐ ｏ ｅ ｓ ｏ ｏ ｓｒ ｃｉ ｈ ｕ ｎｅ ｎ ｈ ｇ ｔｅ ｓ ｓ ｆ ｏ ｋ，ｈ ｓ ｕ ｎ ｉ
ｔ ｎ ｏ ｕ ｏ ｎ ｉ ｇ ｒ ｃ ｓｆｒｔ ｅ ｒ ｅ ｌ ｇｃ ｌ ｒ ｐ ｒ ｅ ｆｓ ｆ ｒ ｃ ． ｉ ｆｓ ｒ ｕ ｄ ｎ ｏ ｋ ｏ ｈ ｏｏ ｉ ａ ｏ ｅ ｔ ｓｏ ｏ ｔ ｏ ｋ ｏ ｈ ｐ ｉ ｋ ｙ ｗｏ ｄ ： ｉｈ ｓｒ ｓ ｏｔｒ ｃ ｓａ ｉ ｔ ｆ ｓ ｒｏ ｎ ｉ ｇ ｒ ｃ ３一 Ｄ ｎ ｍｅｉ ａ ｎ ｌ ｓ ； ｅ ｒ ｓ ｈｇ ｔ ｓ ｓ ｆ ｏ ｋ； ｔｂ ｌ ｙ ｏ ｕ ｕ ｄ ｎ ｏ ｋ； ｅ ｉ ｕ ｒ ｌ ａ ａｙ ｉ ｃ ｓ
ＧＵＩ Ｒｏ ｇ， Ｕ ｎ ｎ ＬＩ Ｙｏ ｇ
（ ｃ ｏｌ ｆ ｕ ｌ ｒ ｅｏｒｅ ｎ ｕｌａ ｕ ｌ ｎ ｉ ｅｉｇ Ｕ ｉ ｒ ｔ ｏ ｏ ｔ Ｃ ｉａ Ｓ ｈｏ ｏ ｃｅ ｓｕｃｓａｄＮ ｃｅｒＦ ｅ Ｅ ｇ ｅｒ ， ｎｖ ｓｙ ｆ ｕｈ ｈｎ ， Ｎ ａＲ ｎ ｎ ｅ ｉ Ｓ
文７ ０６ （０ １ ０ ０ ２ ０
高 应 力 软 岩隧 道施 工 的时 空 效 应 分析
滇中红层软岩隧洞开挖时空效应研究
民营科技2018年第9期科技创新滇中红层软岩隧洞开挖时空效应研究郑红刘志鹏易俊新魏樯(中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司,云南昆明650051)摘要:滇中红层软岩在滇中地区分布广泛,研究软岩隧洞的开挖时空效应,可以为软岩隧洞的结构设计、施工及运行提供重要的理论指导和技术支撑。
关键词:滇中红层;软岩;时空效应;预留变形量中图分类号:U455文献标识码:A文章编号:1673-4033（2018）09-0074-03滇中某工程隧洞穿越中生代红层，钙质泥岩、粉砂质泥岩夹粉砂岩、泥质粉砂岩软岩为主，存在软岩大变形问题。
隧洞设计过流能力110m3/s，纵坡比1：5000，采用无压输水方式，隧洞断面形式采用马蹄形断面。
净空尺寸为8.4m（宽）×9.8m （高），洞内水面以上的空间面积占隧洞横断面面积的19.09%，隧洞净高H与净宽B的比值为H/B=1.167。
具体如图1所示：图1隧道断面图本文以该隧洞为例，主要研究软土隧洞开挖时空效应。
1隧洞地质条件隧洞以Ⅲ类、Ⅳ类和Ⅴ类围岩为主，洞线围岩多为微风化石英砂岩和微风化粉质泥岩，岩体透水性为：微风化石英砂岩具弱———中等透水性，微风化粉砂质泥岩具微透水性。
2隧洞开挖方式该隧洞采用钻爆法施工，根据以往工程经验，Ⅲ类围岩采用全断面开挖基本可以满足隧洞稳定要求，而Ⅳ、Ⅴ类围岩由于节理发育，围岩较为破碎，自稳能力差，通常采用分台阶开挖。
3开挖时空效应研究IV、V类围岩岩体物理力学参数较低，岩体的流变特性明显，需要同时研究引水隧洞施工开挖过程中的变形规律和洞周围岩开挖完成后随时间变化的流变特性。
3.1IV类围岩隧洞（埋深300m）3.1.1计算模型对于IV类围岩隧洞只选择代表性埋深300m情况来说明其开挖过程中的时空效应。
建立的IV类围岩隧洞整体计算模型如图2所示，模型全部采用八节点六面体单元进行离散，共剖分116600个单元和122502个节点，其中X方向从-60m到60m，范围为120m；Y方向从0到100m，范围为100m；Z向从-50m到111.2m，范围为161.2m。
软土地区深基坑开挖的时空效应再研究和工程应用
Ｃ ｏ ｍｐ ｒ ｅ ｈ ｅ ｎ ｓ ｉ ｖ ｅ Ｃ （ ｏ ） ｎ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ Ｏ ｎ ｅ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｃ ｊ ｙ ｆ ｔ ｏ ｒ Ｄ Ｕ ｅ ｅ ｐ Ｆ ｏ ｕ ｎ ｄ ａ ｔ ｉ ｏ ０ ｎ Ｐ ｉ ｔ Ｏ ｔ
体 、围 护结 构和 支 撑结 构 所组 成 的围 护平 衡 系统 ，均 假 定
为理 想 的弹 性体 来 进行 内力与 变 形分 析 。而 笔者 收集 的 近 ２ ０个 工程 实例 的监 测 数据都 表 明 ，由于土体 的流 变性 ，被 动 区土体 在 位移 稳 定 的情 况 下 ，所 提 供 的被 动土 压 力有 松 弛 的现 象 ，与计 算假 定 的 弹性 体 有很 大差 别 ，降 低 了围 护 结 构 的 安全 储 备。 当 围护 结构 发 生坑 内方 向位 移 时 ，土体 随 之移 动 ，因 此作 用在 围 护墙 上 土体 压 力是 变化 值 ，介 于
工 时 间的增 加 ，位移 有着 明显 增长 的趋势 。
１ ． ２ 空间效应机 理
监 测表 明 ，土体 分小 段开 挖 ，坑 底 隆起 量和 影 响范 围 小 ，否则 坑 底 隆起量 和 影 响范 围大 。 可见 土体 的空 间作 用 对 于 围护 结 构及 周 围土体 位 移 控制 至 关 重要 。 同时 ，有 利
１ ． １ 时间效 应机理
工程 实践 中软 土 时 间效 应 的表 现 明显 ，多 个工 程 实例 在 挖 土及 支 撑完 成 后 的停 工期 间 ，围护 结构 和 周 围土体 位
移 会 随时 间 延长 而 不断 增加 。 开挖 施 工周 期和 基 坑 暴露 时
静止土压 力和主动土压力之间。周围土体在每个工况下的 变形都 与施工参数密切相 关。由于上述假定和实际情况的
软土深基坑变形性状的时空效应研究的开题报告
软土深基坑变形性状的时空效应研究的开题报告一、研究背景随着城市建设的不断发展，越来越多的高层建筑、大型工厂和人行道等需要在软土地基上建设。
对于软土地基的处理，基坑挖掘是影响建筑物稳定性的重要因素之一。
在软土地区，基坑挖掘对周围土壤和建筑物产生了明显的变形和沉降。
但是，土壤的空间分布和物理性质并不均匀，受建筑物荷载、降水、季节变化等因素的影响，土壤的力学性质和变形状态在时间和空间上都是变化的。
因此，研究软土深基坑变形性状的时空效应具有重要意义。
本研究将从实际工程案例出发，通过现场监测和数值模拟，探究软土深基坑的变形性状时空变化规律，为基坑挖掘的设计和施工提供科学依据。
二、研究内容1. 实地调查和监测：选取某一软土地区的基坑工程为研究对象，通过实地调查和监测，获取基坑挖掘过程中土壤的变形数据。
监测点应包括挖掘中心、边坡、基坑底部等位置。
2. 数据分析：分析监测数据，探究土壤变形的时空变化规律。
通过分析不同因素（如降水、季节等）对土壤变形的影响，确定软土地区基坑挖掘的最佳施工时期和方法。
3. 数值模拟：基于FLAC软件，开展软土地区基坑挖掘的数值模拟。
在模拟中考虑土壤的物理性质、设定边界条件和力学参数，模拟土壤的变形过程，验证实测数据。
4. 空间插值分析：将实测数据和模拟数据进行空间插值，得出软土地区基坑变形的时空分布图。
三、研究意义1. 研究结果可以为软土地区基坑挖掘的设计和施工提供科学依据，降低基坑开挖带来的安全风险。
2. 可以为深入探究软土地区土壤的变形特性提供新思路，为科学使用和管理土壤提供依据。
3. 对于相关研究领域的学者和从业者，本研究可以为其进一步研究提供思考和探索方向，提高研究水平和科学能力。
四、研究方法1. 现场调查与监测：利用先进的监测技术，对软土地区的基坑挖掘状态进行实时监测，记录其变形数据。
2. 数据分析：在对变形数据进行初步分析的基础上，使用SPSS和Excel等统计软件进行进一步分析。
滨海软土超长深基坑开挖时空效应监测分析
滨海软土超长深基坑开挖时空效应监测分析
王小丁;秦善良
【期刊名称】《工程建设》
【年(卷),期】2024(56)1
【摘要】滨海软土基坑开挖中的空间效应和时间效应对基坑稳定性具有重要影响。
为了控制软土地区基坑变形,本文以穗莞深城际铁路前海站超长深基坑工程为例,通过分析开挖过程中的围护结构水平位移、周边地表沉降、支撑内力等数据,研究超
长基坑在开挖过程中的时空效应。
结果表明:(1)基坑开挖中空间效应明显,基坑中部围护结构水平位移比端部大18.3%;(2)围护结构位移差异会导致坑边土体出现差异沉降现象,距离坑边相同距离时基坑纵向最大沉降差异达到17.5%;(3)施工间期,同
一工况下的支护结构位移及受力均会随着时间的增长而增大;(4)软土地层中前四道混凝土内支撑养护期间,围护结构最大水平位移分别增长了
31.2%,30.9%,23.2%,14.4%;(5)工程中应合理考虑基坑开挖的时空效应。
【总页数】6页(P51-56)
【作者】王小丁;秦善良
【作者单位】深圳铁路投资建设集团有限公司;中国水利水电第七工程局有限公司【正文语种】中文
【中图分类】TU941
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第26卷第2期岩石力学与工程学报V ol.26 No.2 2007年2月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Feb.，2007深部软岩隧道施工性态时空效应分析赵旭峰1，王春苗2，孔祥利1(1. 同济大学地下建筑与工程系，上海 200092；2. 东南大学土木工程学院，江苏南京 210006)摘要：随着我国交通事业的迅速发展，在深部岩体中修筑隧道工程已必不可少，随之而来的深部岩体所具有的特殊工程地质问题也更加突出。
主要对深部软岩隧道工程中施工力学性态和变形时空效应进行三维非线性黏弹性数值模拟，并将计算结果与现场实测数据进行比较验证。
研究结果表明，计入围岩流变效应，考虑深部软岩隧道时空效应影响，在作业面影响范围内，开挖面空间效应占主导因素，围岩应力随距作业面距离的加大而逐步释放；在此范围外，软弱岩体流变属性得以充分发挥。
通过分析和施工实践证明，对于深埋软岩隧道应尽早施作衬护，以改善承载环范围内围岩受力，减少扰动，提高围岩自承能力；由于软岩流变效应显著，必须适时设置二次衬砌以承受来自围岩的后期流变压力，限制围岩大变形。
研究成果丰富了地下工程施工力学理论，可应用于工程实践。
关键词：岩石力学；深埋隧道；软弱围岩；施工力学；开挖面效应；时间效应；流变压力中图分类号：TU 45 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2007)02–0404–06 ANALYSIS OF TIME-SPACE EFFECTS OF CONSTRUCTION BEHA VIOROF DEEP SOFT ROCK TUNNELZHAO Xufeng1，WANG Chunmiao2，KONG Xiangli1(1. Department of Geotechnical Engineering，Tongji University，Shanghai200092，China；2. College of Civil Engineering，Southeast University，Nanjing，Jiangsu210006，China)Abstract：With the rapid development of transportation，it is inevitable to excavate tunnel in the deep rock mass，and the problems of special engineering geology in deep rock mass will be much more distinct. The 3D nonlinear viscoelasticity numerical simulation and analysis are conducted on time-space effect of mechanical behaviors and deformation characteristics of deep soft rock mass during the tunnel construction；and the calculation results are compared with the field data. Considering rheological effect and time-space effect of deep soft rock tunnel，the results of show that the effect of excavation face is primary in the advancing face zone and the stress of surrounding rocks gradually releases from the excavation face. Rheological effect plays a key role out of the influence range of the spatial effect of excavation face. According to the characteristics of deep soft rock tunnel，support structure should be established as soon as possible in order to ameliorate the stress in surrounding rock circle，to reduce disturbance and to improve the self-bearing capability of the surrounding rock. Because of the distinct rheological property of soft and weak rocks，the secondary support structure must be established in time to bear the rheological pressure. Thus，the large displacement could be restricted by the secondary support structure. The present research enriches the theory of construction mechanics of underground structures and has wide application prospects in engineering.Key words：rock mechanics；deep-buried tunnel；soft surrounding rock masses；construction mechanics；effect of excavation face；time effect；rheological pressure收稿日期：2006–03–27；修回日期：2006–04–11作者简介：赵旭峰(1976–)，男，1998年毕业于兰州铁道学院交通土建专业，现为博士研究生，主要从事隧道工程施工控制与数字模拟方面的研究工作。
E-mail：zxuf76@第26卷第2期赵旭峰，等. 深部软岩隧道施工性态时空效应分析 • 405 •1 引言随着我国交通网络的不断发展，在深部岩体中开挖长大隧道已不可避免。
已建成通车的秦岭隧道长18.4 km，刚竣工的乌鞘岭隧道长20.05 km，在建的太行山隧道长27.839 km。
在深部岩体中开挖长大隧道不可避免要遇到许多复杂岩体工程问题，如高地应力引起的岩爆、流变、断层软岩挤入大变形、大量地下涌突水问题以及各种复杂地质环境给施工带来的困难等也随之而出现，这些问题给我国隧道工程界提出了新的挑战。
在岩石地层中开挖隧道，伴随着开挖面向前推进，如何尽可能地减少对岩体初始应力状态的扰动，从而使围岩处于相对稳定状态，是一个非常复杂的问题。
真实地模拟软弱围岩隧道在不同施工作业流程中的力学性态，不仅要考虑软弱围岩介质的复杂属性，以及各种施工作业方式，包括分部开挖步序、支护结构形式和施作时机，而且要计及开挖面推进过程中的空间约束效应。
由于开挖面的空间约束作用，洞室开挖后围岩应力释放不是在瞬间完成，而是受到开挖面的约束影响，应力逐步释放，直到开挖面空间约束效应完全消失，围岩应力才得以全部释放。
在顾及开挖面空间约束效应的同时，还需要考虑深埋软岩流变时效特性，以模拟开挖面向前推进的时空动态过程。
最早对隧道施工力学进行研究的是Wittke教授，随后，F. Pelli等[1]和G. Swobooda等[2]分别采用不同数值方法模拟了开挖面推进过程中的围岩性态。
在国内，于学馥等[3]建议在平面应变法中采用释放系数模拟隧道施工过程，朱维申和何满潮[4]利用洞壁径向位移释放系数反映开挖面径向“虚拟支撑力”的释放，孙钧和朱合华[5]曾采用“广义虚拟支撑力法”模拟开挖面时空效应，进行了二维半黏弹塑性分析。
近年来，G. Swoboda和A. Abu-krisha[6]用三维有限元模拟了TBM推进过程中的地层受力和变形情况，F. I. Shalabi[7]对盾构隧道进行了两种不同黏弹性模型的三维有限元模拟，分析了开挖面空间约束效应，G. Galli等[8]对隧道三维施工过程进行了数值模拟，研究了围岩和衬砌随施工推进的相互作用关系。
金丰年和钱七虎[9]应用黏弹性模型，对全断面开挖隧洞的开挖过程进行了三维有限元模拟，讨论了开挖面和开挖速度的影响，刘建华等[10]利用FLAC3D对小浪底地下厂房进行了三维黏弹性数值模拟，分析了开挖位移和围岩稳定性。
张玉军和刘谊平[11]对锚固正交各项异性层状岩体进行了三维黏弹塑性有限元分析，研究了围岩的流变动态。
模拟隧道开挖过程中围岩与支护结构相互作用的三维计算及施工特性研究已较多[12，13]，但在计算中同时考虑围岩时间效应和开挖空间效应相互影响的三维时空效应研究还不是很多。
本文通过对乌鞘岭隧道岭脊地段F4断层挤入大变形进行三维非线性黏弹性有限元数值模拟，分析开挖面空间约束效应和软弱围岩流变时效的耦合作用，得出了有报导意义的结论。
2 模拟对象及模型建立2.1 模拟对象乌鞘岭隧道位于兰武二线兰州段打菜沟车站与龙沟车站之间，隧道长20.05 km，为我国最长的单线铁路隧道。
隧道所经地层岩性复杂，分布主要受区域断裂构造控制。
岭脊地段(约长7 km)为高地应力、大变形软岩，施工实践表明F4，F5，F6，F7等4条大断层呈挤压型构造带，以泥砾岩为主，围岩破碎、挤压现象明显，次生结构面发育、呈垂直状，有扭曲现象，其他地段也处于千枚岩和板岩等岩带内。
由于隧道埋置深度大，导致地应力相对较高，给隧道设计和施工带来极大的困难。
F4断层破碎带位于乌鞘岭隧道岭南地段，长450 m，埋深约440 m。
断层影响带围岩以碎裂岩为主，断层主带围岩以断层泥砾、角砾为主，岩质软弱，岩体破碎，围岩稳定性差，开挖后，掌子面、拱部及边墙易掉块、塌落，无明显地下水出露，局部有少量渗水，属V级围岩。
2.2 模型建立结合乌鞘岭隧道F4断层破碎带隧道断面形状，建立三维有限元模型。
模型边界取至隧道3倍洞径(3D)范围外，上、下边界分别取距隧道中心50 m；左、右边界取距隧道中心50 m；模型长度取80 m。
考虑隧道结构左右对称，取一半模型进行分析。
计算采用ANSYS中八节点六面体单元。
采用混合边界条件，底部边界采用竖向位移约束，左边界施加水平初始地应力，右边界为对称约束，为防止发生刚体位移，前后边界纵向约束，上边界施加均布竖向应力模拟深部岩体高地应力条件。