非連續介質直牆圓拱形截面模擬結果

將直牆圓拱形截面的主洞室在非連續介質條件下的數值類比試驗的 結果資料列於表 4.7 中，並研究表徵形洞室截面形狀的變數與選取的評價 指標間的變化規律，如圖 4.15、圖 4.16、圖 4.17、圖 4.18、圖 4.19。

表 4.7 非連續介質條件下直牆圓拱形截面模擬結果

0.34 0.37 0.40 0.43 0.46

4

如圖 4.15 所示，在非連續介質條件下，直牆圓拱形洞室拱頂位移隨 著 h/H 比值的增長而呈線性減小，當 h/H 比值從 0.348 增加到 0.447 時，

拱頂位移隨之從 7.978mm 減小到了 4.591mm，降幅約 42.5%，且可用線 性函數擬合，曲線斜率為-35.498，相關係數 R²為 0.979。與在連續介質條 件下的模擬結果相對比，發現在曲線變化規律以及拱頂位移降幅方面基 本一致，但是由於結構面的作用，使得洞室整體拱頂處的位移量值有所 變大。

圖 4.16 直牆圓拱形洞室最大位移隨高跨比變化規律

如圖 4.16 所示，最大位移隨著高跨比的增加而增加，且最大位移位 於兩側邊牆，當洞室高跨比從 0.91 增加到 1.51，最大位移從 10.549mm 增加到了 13.632mm，增幅約 29.2%，可用線性函數擬合，曲線斜率為 5.436，

相關係數 R²為 0.998。與連續介質條件下相對比，曲線變化規律相似，但 由於結構面的存在，致使洞室穩定性更差，最大位移量值略有增大。

0.8 1.0 1.2 1.4 1.6

10.0 10.8 11.6 12.4 13.2 14.0

最大位移/mm

最大位移随高跨比变化曲线 拟合曲线

高跨比

圖 4.17 直牆圓拱形洞室拱頂應力集中係數隨 R1/R2變化規律 如圖 4.17 所示，隨著 R1/R2比值的增加，拱頂應力集中係數逐漸減 小，且曲線逐漸變緩，下降速率減小，R1/R2比值從 0.50 增加到 3.02，拱 頂應力集中係數從 1.891 降低到 1.285，降幅約 32.0%。

圖 4.18 直牆圓拱形洞室邊牆應力集中係數隨 R1/R2變化規律

0.3 0.9 1.5 2.1 2.7 3.3

1.2 1.4 1.6 1.8 2.0

R₁/R₂

拱顶应力集中系数

0.3 0.9 1.5 2.1 2.7 3.3

0.83 0.87 0.91 0.95 0.99 1.03

R₁/R₂

边墙应力集中系数

如圖 4.18 所示，隨著 R1/R2比值的增加，邊牆應力集中係數呈波動上 升，而在連續介質中則是為持續增加，其中邊牆應力集中係數最大為 0.998，最小為 0.851。由於模型中加入了兩組陡傾角、兩組緩傾角結構面，

而每個形狀的洞室在邊牆處安設的監測點位置為三心拱與直邊牆的交界 點，位置各不相同，因此當監測點處有單個結構面經過或多個結構面共 同組合作用下，導致最大主應力（壓應力）在該區域減小，使得應力集中 係數減小，表現在曲線上為出現突變點。由連續介質條件下的模擬結果 可知，原本洞室邊牆應力集中係數隨著 R1/R2比值的增大而增大，即扁坦 的洞室，其在邊牆監測點處曲率半徑較小，三心拱結構與直邊牆連接處 形成急拐彎，但由於結構面的影響，使得應力集中係數在某一個截面尺 寸時突然減小，但是曲線整體變化規律與連續介質條件下是相一致的。

圖 4.19 直牆圓拱形洞室塑性區體積隨高跨比變化規律

0.8 1.0 1.2 1.4 1.6

780 800 820 840 860 880 900

塑性区体积/m3

高跨比

如圖 4.19 所示，當洞室截面的高跨比大小為 1.10 時，其塑性區體積