5.1 結論
由於洞室開挖應力釋放，使得初始平衡的三維應力場重新分佈，而 二次應力場則與所開挖洞室截面的幾何形狀密切相關，因此合理的洞室 截面形狀對於地下水封洞庫工程的建設十分關鍵，其能夠使得圍岩的自 承能力得到充分發揮，從而減小洞室圍岩由於開挖卸荷作用導致的變形 與破壞，提供洞室圍岩的穩定性。本文以直牆圓拱形與五心圓拱形截面 形狀的地下水封洞庫主洞室為研究的中心點，將洞室截面形狀參數化，
模擬了不同側壓力係數下各截面形狀洞室圍岩評價指標的演化規律，並 回歸到工程實例，運用 3DEC 數值類比程式以及關鍵塊體理論分析 Unwedge 程式，綜合考慮連續介質模型、非連續介質模型以及關鍵塊體 理論分析，對洞室截面形狀進行優化。本文所得到的結論具體如下：
（1）洞室拱頂處的位移隨著 h/H 比值的增長而減小，三心拱能有效 抵抗最大水準構造應力使得拱頂的位移量小，在結構設計時，可以通過 調整上部三心拱的高度 h1來控制洞室拱頂處位移。
（2）水準地應力為最大主應力時，最大位移隨著高跨比的增加呈線 性增加，且位於洞室邊牆。高跨比大的洞室其高度增大，使得開挖後應力 在邊牆處釋放更加充分，表現為在邊牆位置產生了更大的位移。在洞室 截面形狀設計時，為了防止邊牆出現過大位移對洞室穩定性造成影響，
應當選用合適的高跨比。
（3）隨著 R1/R2的比值增大，拱頂處應力集中係數減小，而邊牆處 應力集中係數增大。隨著 R1/R2的比值增大，R1值相對增大使得拱頂曲率
半徑變大，應力集中係數減小；R2 值相對減小，直牆圓拱形洞室在三心 拱與直邊牆的交接點出現急拐彎，而五心圓拱形洞室圓弧邊牆曲率半徑 變小，致使邊牆處應力集中係數增大。
（4）不同側壓力係數均存在一個最優高跨比使得洞室塑性區體積最 小，當高跨比增大或減小時塑性區體積均逐漸增大，側壓力係數與最優 高跨比之間可用指數函數擬合。對於五心圓拱形洞室，其塑性區體積還 可與 R1/R2值通過 3 階多項式擬合，擬合度高。
（5）連續介質及非連續介質模型中，五心圓拱形均優於直牆圓拱形 截面的洞室，且在非連續介質模型中，結構面切割作用的圍岩區域，其最 大主應力（壓應力）減小，使得應力集中係數減小，表現在曲線上為出現 突變點，且局部出現拉應力集中現象，不利於洞室圍岩穩定。
（6）關鍵塊體理論分析可知對於不同結構面隨機組合情況下，隨著 洞室 R1/R2比值增大或減小，其圍岩關鍵塊體所需支護力均有一定的演化 規律，且考慮所有結構面隨機組合工況時，優化後的五心圓拱形洞室其 總支護力小於直牆圓拱形，洞室圍岩穩定性較好。
（7）綜合考慮上述三種模擬優化方法，可得知優化後的五心圓拱形 洞室均略優於直牆圓拱形洞室。由於關鍵塊體理論只考慮了三組結構面 以及洞室開挖後的臨空面所組成的四面體的穩定性，優化方法存在一定 局限性，在綜合比較時作為次要參考，將連續介質模型以及非連續介質 模型所得到的最優洞室截面形狀折中，確定最優洞室截面形狀為編號 WX10 的五心圓拱形。
5.2 展望
（1）由於本文的研究主要是為了應用于地下水封洞庫工程，因此在 側壓力係數方面只考慮以水準地應力為主且範圍在 2.0~3.0 之間變化，沒 有考慮到更大的範圍，或者當垂直應力占優時的情況。今後研究可對洞 室側壓力係數範圍加大，且考慮垂直地應力為主的情況，得到更多更全 面的評價指標演化規律
（2）在構建非連續介質模型時，結構面之間的間距都用了統一的值，
可能與實際情況不吻合，且關鍵塊體理論分析中由於 Unwedge 的局限性，
也無法考慮結構面的間距，故對模擬的結果精度有一定影響。今後進行 數值類比時，可以對結構面間距這一因素加以修正更貼合實際情況，使 得數值模擬得到的結果更加精確。
（3）在優化洞室截面時，僅僅考慮了洞室圍岩的穩定性，且為全斷 面開挖，並未結合工程實際施工因素，如不同分層開挖方法的區別、爆破 施工難易程度、單位體積炸藥消耗量、圍岩爆破損傷程度等方面，得到穩 定性良好且在工程尺度上具有適用性的洞室截面形狀。今後對洞室截面 形狀的優化，可以對幾個方面加以考慮，得到穩定性良好且在工程尺度 上具有適用性的截面形狀的洞室。
参考文献
[21]袁廣祥，尚彥軍，史永躍，(2006)與地下石油儲備庫有關工程地質問題研究現
[43]Barton, N., Lien, R. and Lunde, J. (1974)Engineering classification of rock masses for the design of tunnel support. Rock. Mech. 6(4), 189-236.
[44]Bjorkman, G.S. and Richards, R. (1976)Harmonic Holes-An Inverse Problem in Elasticity. J. Appl. Mech. 43(3).
[45]Dhir, S.K. (1981)Optimization in a Class of Hole Shapes in Plate Structures. J. Appl.
Mech. 48(4), 905-908.
[46]Hao, Y.H. and Azzam, R. (2004)The plastic zones and displacements around underground openings in rock masses containing a fault. Tunn. Undergr. Sp. Tech.
20(1).
[47]Hoek, E. and Carranza-Torres, C. (2002)Hoek-Brown failure criterion 2002 Edition.
Proceedings of the Fifth North American Rock Mechanics Symposium. 1, 18-22.
[48]Lee, Y.N., Yun, S.P. and Kim. (1996)Design and construction aspects of unlined oil storage caverns in rock. Int. J. Rock. Mech. Min. 33(7).
[49]Lo, K.W., Chang, L.K. and leung, C.F. (1998)Field Instrumentation of a Multiple Tunnel Interaction Problem. Int. J. Rock. Mech. Min. 6, 258-563.
[50]Masanobu Tezuka and Tadahiko Seoka. (2003)Latest technology of underground rock cavern excavation in Japan. Tunn. Undergr. Sp. Tech. 18(2).
[51]Richards, R.J. and Bjorkman, G.S. (1976)Optimum Shapes For Tunnels And Cavities. U.s.symposium on Rock Mechan.