在某Ⅳ级围岩中开挖一半圆拱直墙形隧道，隧道跨度 10m，边墙高 5m，隧道
埋深 500m，假设围岩为理想弹塑性材料，请采用有限元或有限差分方法分析以
下问题：
（1）自重应力场作用下隧道开挖后的拱顶下沉和边墙水平收敛大小以及围岩中
的塑性区大小。
（2）若侧压系数为 0.5—2.5，请分析构造应力对隧道拱顶下沉、边墙水平收敛
大小以及塑性区的影响。
（3）若开挖后采用锚喷支护，在隧道拱部和边墙布设系统锚杆，锚杆为全长
锚固的金属锚杆，垂直于洞壁布设，间距 1.5m，长度 3.0m，直径 25mm。喷射
混凝土厚度 100mm，标号为 C20，请分析支护效果。
本题采用 FLAC3D 软件建模计算分析
隧道未开挖时的立体模型 隧道开挖后的立体模型
第一步，建模
由于隧道的半径为 5m，根据经验取 6 倍的隧道半径为围岩影响区，所以取
30m 为边界，划分网格的边长为 0.5m ，本题只分析 x-z 平面上的受力及位移情
况即可，
建模命令流如下：
new ;建立模型
gen zone radcyl p0 0 0 0 p1 30 0 0 p2 0 1 0 p3 0 0 30 size 10 1 10 30 dim 5 5 5 5
ratio 1 1 1 1 group outsiderock ;右上圆形部分围岩
gen zone cshell p0 0 0 0 p1 5 0 0 p2 0 1 0 p3 0 0 5 size 1 1 10 10 dim 4.9 4.9 4.9 4.9
rat 1 1 1 1 group concretliner fill group insiderock ;右上半圆衬砌
gen zone radtun p0 0 0 0 p1 0 0 -30 p2 0 1 0 p3 30 0 0 size 10 1 10 30 dim 5 5 5 5
ratio 1 1 1 1 group outsiderock ;右下矩形部分围岩
gen zone radtun p0 0 0 0 p1 0 0 -5 p2 0 1 0 p3 5 0 0 size 10 1 10 1 dim 4.9 4.9 4.9
4.9 ratio 1 1 1 1 group concretliner ;右下矩形部分衬砌
gen zone brick p0 0 0 -4.9 p1 add 4.9 0 0 p2 add 0 1 0 p3 add 0 0 4.9 size 10 1 10
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