小三峡隧道穿越的岩体大部分为Ⅳ级围岩的灰岩和白云质灰岩，在离散元分析时将灰岩视为各向同性材料，采用莫尔-库仑模型[图4.3（a）]；节理面采用节理面接触-具有残余强度库仑滑移的库仑滑动模型[图4.3（b）]。根据表2.1所示前期地质勘查报告中岩体力学参数的推荐值，再结合蔡美峰等主编的《岩石力学与工程》（第2版）中关于灰岩基本物理力学参数的取值，得到模拟所需岩溶隧道围岩基本物理力学参数数值如表4.1所示。在表4.1中，有如下几点需要说明：
（1）节理法向刚度Kn取值按Kn=E/10，其中E为岩石弹性模量。
（2）节理切向刚度Ks与法向刚度Kn之间存在如下关系：
式中：G为岩石剪切模量（GPa）。
然后将表4.1所示物理力学参数赋值给图4.2所示几何模型就可以进行单元划分了。在3DEC软件中，划分单元时采用四面体单元，平均边长设为1.5 m，按自动划分方式先对几何模型进行单元划分，然后再对溶洞和隧道周边区域进行细化，最终得到模型四面体单元体数量为10 210 742个。
图4.3 3DEC中岩石和节理面本构模型
表4.1 砂岩石块及节理基本物理力学参数(www.xing528.com)
（1）模型顶面为自由边界。
（2）模型左右两侧施加位移边界约束条件。
（3）模型底部同时施加水平方向和竖直方向的位移约束条件。
（4）溶洞边界和隧道洞室边界按自由边界考虑。
（5）模型顶面施加均匀的竖向边界面力，其大小根据隧道埋深情况将上部岩体重量换算成均布荷载施加，尽管小三峡隧道最大埋深可达690 m，但是由于岩溶发育区域主要是在隧道进口段，因而在此施加竖向均布荷载时仅按隧道进口段平均埋深考虑，按埋深换算后的均匀竖向荷载为625 kN/m2。
上述模型位移和应力边界条件如图4.4所示。
图4.4 模型位移和应力边界条件
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