【摘要】：正交试验设计的关键是试验指标、因素及因素水平的选取。通过调查可知，发生大变形的隧道主要位于碳质板岩地层。图2-2计算模型示意图采用大型通用有限元软件Madis-GTS进行计算，模型高度和宽度均为50m，隧道断面高度5m，岩层向右倾斜，隧道采用直墙断面，计算模型如图2-2所示。模型中岩体采用摩尔-库伦弹塑性本构关系，结构面通过摩擦接触单元进行模拟，侧压力系数取1.5。有限元计算模型见图2-3，岩体及结构面计算参数取值均来自试验结果。
正交试验设计的关键是试验指标、因素及因素水平的选取。隧道围岩变形特性最直观的指标是关键部位的位移。本项目选取拱顶和左、右边墙中点作为关键部位，分别用A、B、C表示拱顶下沉和左、右边墙中点的水平位移值。通过调查可知，发生大变形的隧道主要位于碳质板岩地层。基于此，选择进行正交试验设计的影响因素为隧道宽度D、岩层倾角α、初始地应力σ、岩层厚度Z、结构面剪切刚度Ks。每种因素分为5水平，取值根据工程实例确定（表2-4）。
表2-4 各因素水平的取值范围
根据相关文献可知，使用软件中的节理模型进行模拟计算，虽然弱化了实际岩体的强度，但计算结果与实际不符，对受结构面控制的岩体进行层状划分，较为合适。
图2-2 计算模型示意图(https://www.xing528.com)
采用大型通用有限元软件Madis-GTS进行计算，模型高度和宽度均为50m，隧道断面高度5m，岩层向右倾斜，隧道采用直墙断面，计算模型如图2-2所示。计算采用平面应变模型，左右边界为水平方向约束，底部和顶部为固定边界。模型中岩体采用摩尔-库伦弹塑性本构关系，结构面通过摩擦接触单元进行模拟，侧压力系数取1.5。有限元计算模型见图2-3，岩体及结构面计算参数取值均来自试验结果（表2-5、表2-6）。
表2-5 结构面计算参数表
表2-6 岩体计算参数表
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