基于正交試驗(yàn)的溶洞對(duì)隧道穩(wěn)定性影響分析*

周 偉，鄭蓉軍，汪 濤，黃驟屹，徐仁華

(1.文山州廣那高速公路投資建設(shè)開發(fā)有限公司，云南 文山 663000； 2.長(zhǎng)安大學(xué)，陜西 西安 710064)

0 引言

我國(guó)巖溶分布面積廣闊，其中西南地區(qū)巖溶面積占比最大[1]。近年來，隨著社會(huì)的發(fā)展，在巖溶發(fā)育地區(qū)修建隧道的需求也愈加強(qiáng)烈[2]。而巖溶所具有的復(fù)雜性、不可預(yù)見性、危險(xiǎn)性等特點(diǎn)給隧道建設(shè)帶來極大挑戰(zhàn)。其中，溶洞對(duì)隧道穩(wěn)定性的影響這一問題，已受到許多國(guó)內(nèi)外專家的關(guān)注。

鄒成杰[3]基于二維彈性分析法研究了不同溶洞洞徑大小、間距與位置對(duì)隧道洞周圍巖位移影響，并得到水平方向的溶洞對(duì)隧道位移影響最大的結(jié)論。趙明階等[4-7]基于二維彈塑性分析法研究了位于不同位置和不同規(guī)模溶洞對(duì)隧道圍巖穩(wěn)定性的影響，并進(jìn)行相關(guān)相似模型試驗(yàn)研究，得出位于隧道不同位置的溶洞隨距隧道遠(yuǎn)近的變化對(duì)隧道圍巖穩(wěn)定性的影響及與隧道開挖引起的釋放位移之間存在的相關(guān)關(guān)系。曹武安[8]通過二維彈性有限元數(shù)值分析揭示了隧道圍巖的動(dòng)態(tài)破壞過程。綦彥波[9]在現(xiàn)場(chǎng)原位試驗(yàn)和數(shù)值分析的基礎(chǔ)上，給出巖溶區(qū)隧道建設(shè)應(yīng)遵循的技術(shù)思路和方法體系，為穿越既有巖溶區(qū)隧道施工提供了必要的技術(shù)支持和理論保證。譚代明等[10]利用有限差分軟件 FLAC3D對(duì)側(cè)部含有溶洞的隧道圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行數(shù)值模擬研究后發(fā)現(xiàn)，溶洞與隧道之間的圍巖向2個(gè)不同的方向變形，需給予足夠重視。邵勇等[11]根據(jù)數(shù)值分析法的結(jié)果發(fā)現(xiàn)溶洞尺寸位置與圍巖塑性區(qū)之間的聯(lián)系，并認(rèn)為串珠狀溶洞比單個(gè)溶洞的危害性要大。賴金星等[12]采用MIDAS/GTS軟件分析隧道下方、側(cè)壁和上方存在溶洞時(shí)隧道周邊位移、襯砌軸力和安全系數(shù)等變化情況，得出當(dāng)隧道支護(hù)為柔性支護(hù)時(shí)，隧道底部溶洞對(duì)隧道穩(wěn)定性影響最大的結(jié)論。Karl Yau等[13]利用MATLAB腳本生成隨機(jī)分布的溶洞，再利用有限元軟件進(jìn)行二維和三維數(shù)值分析，測(cè)得充填型溶洞流體總排放速度(TDV)和隧道襯砌利用指標(biāo)(CULT-I)用于評(píng)估巖溶洞穴對(duì)隧道的穩(wěn)定性影響。

雖然溶洞對(duì)隧道穩(wěn)定性影響的研究已有諸多成果，但其結(jié)論多為定性判斷，將定性結(jié)論應(yīng)用于溶洞處治措施的選擇仍存在較多不便。本文將具體闡述正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本概況、設(shè)計(jì)理念、設(shè)計(jì)步驟和結(jié)果分析等正交設(shè)計(jì)的基本思路，并據(jù)此制定出合理的正交表格，并利用ANSYS數(shù)值分析軟件，分析溶洞大小、溶洞距離隧道周邊的遠(yuǎn)近、溶洞相對(duì)于隧道的位置對(duì)隧道初支拱頂下沉、周邊收斂和仰拱隆起的量化影響程度。

1 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 正交表格設(shè)計(jì)

正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)根據(jù)均衡分散的思想，采用組合數(shù)學(xué)理論推導(dǎo)而成的正交表來構(gòu)造試驗(yàn)方案。由于所選擇的正交點(diǎn)具有“整齊”和“均勻”的特點(diǎn)，因此可通過少量具有代表性的試驗(yàn)得到較科學(xué)的結(jié)論。正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本思路為：挑選試驗(yàn)影響因素→明確考核指標(biāo)→設(shè)計(jì)正交表格→完成試驗(yàn)，記錄結(jié)果→結(jié)果分析。

1.1.1試驗(yàn)影響因素

影響隧道穩(wěn)定性的因素眾多，綜合考慮各因素，本文選擇施工中隱伏溶洞的直徑D、距隧道周邊距離L和相對(duì)于隧道的位置3個(gè)主要因素進(jìn)行研究。

1.1.2試驗(yàn)考核指標(biāo)

本文采用的是拱頂A的下沉相對(duì)于無溶洞時(shí)的位移比值、邊墻B的收斂相對(duì)于無溶洞時(shí)的位移比值和隧道底部C的隆起相對(duì)于無溶洞時(shí)的位移比值作為評(píng)價(jià)溶洞對(duì)隧道初支穩(wěn)定性影響的考核指標(biāo)，其具體布置如圖1所示。

圖1 影響因素和考核指標(biāo)示意

1.1.3影響因素的水平設(shè)置

試驗(yàn)影響因素在試驗(yàn)中狀態(tài)和條件的變化有可能會(huì)導(dǎo)致試驗(yàn)考核指標(biāo)的變化，可把因素狀態(tài)和條件的變化設(shè)置為因素水平。就本文而言，依據(jù)溶洞的相關(guān)參數(shù)，對(duì)每個(gè)因素給出4個(gè)水平值。

1.1.4正交表選擇

根據(jù)上述步驟，本試驗(yàn)采用三因素四水平的正交表L16(43)進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)，試驗(yàn)次數(shù)為16次。表頭設(shè)計(jì)如表1所示。試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)正交表格如表2所示，表中的列號(hào)數(shù)與試驗(yàn)因素相對(duì)應(yīng)，在列號(hào)下的數(shù)值為該試驗(yàn)因素的水平值。

表1 表頭設(shè)計(jì)

表2 正交表格

根據(jù)上述正交表格，給出16組具有代表性的試驗(yàn)，每次試驗(yàn)在給定的1組試驗(yàn)參數(shù)(溶洞大小、溶洞距隧道周邊距離和溶洞相對(duì)于隧道的位置關(guān)系)的設(shè)置下進(jìn)行一次ANSYS數(shù)值模擬計(jì)算，從而得到各影響因素在不同水平條件下對(duì)試驗(yàn)考核指標(biāo)的影響程度。

1.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

1.2.1圖像分析法

根據(jù)正交表中的數(shù)據(jù)，畫出考核指標(biāo)隨不同影響因素不同水平值的變化趨勢(shì)圖，進(jìn)行最直觀的研究分析，得出各因素在不同水平情況下的影響程度。

1.2.2極差分析法

為了得到各影響因素對(duì)試驗(yàn)考核指標(biāo)的影響程度，可對(duì)相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行極差分析。根據(jù)正交表計(jì)算各因素下各水平的指標(biāo)之和Ki和各因素極差值R。其中，Ki為該列影響因素的第i個(gè)水平下的考核指標(biāo)之和，R為該列因素水平下最大試驗(yàn)結(jié)果平均值與最小試驗(yàn)結(jié)果平均值之差。

極差值可反映各影響因素隨水平變化對(duì)試驗(yàn)考核指標(biāo)的影響程度，變化程度越大，說明該因素的水平變化對(duì)試驗(yàn)考核指標(biāo)值的影響越大，反之，則說明此影響因素的水平變化對(duì)考核指標(biāo)值的影響越小。影響較大的因素居主要矛盾位置，較小的居次要矛盾位置。

1.2.3方差分析法

對(duì)試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，可得到各影響因素對(duì)試驗(yàn)考核指標(biāo)的影響顯著性。方差分析法具有較強(qiáng)的靈活性，可通過計(jì)算數(shù)據(jù)的總離差平方和ST、各因素離差平方和Si及誤差離差平方和Se來體現(xiàn)不同條件下各因素對(duì)試驗(yàn)考核指標(biāo)的影響顯著性。

1)總離差平方和ST

ST=QT-P

(1)

(2)

式中：Xk為各組試驗(yàn)數(shù)據(jù)；n為試驗(yàn)組總數(shù)。

總離差平方和ST表示為試驗(yàn)結(jié)果總的差異性，其值越大便能說明試驗(yàn)結(jié)果之間的差異性越大。

2)各因素的離差平方和Si

Si=Qi-P

(3)

(4)

(5)

式中：Ki為某因素第i個(gè)水平進(jìn)行了a次試驗(yàn)結(jié)果之和；an為某因素的總水平數(shù)。

對(duì)于兩個(gè)因素交互作用的計(jì)算，可把其看成一個(gè)新的因素來計(jì)算。一旦交互作用所占的列數(shù)為兩列，則該正交試驗(yàn)交互作用的離差平方和便等于該兩列離差平方和。

3)誤差的離差平方和SE

SE=ST-Si

(6)

式中：Si應(yīng)同時(shí)考慮影響因素和各因素間的交互作用。

1.2.4F值分析法

F值分析法是對(duì)方差分析法進(jìn)行進(jìn)一步細(xì)化的分析方法。通過計(jì)算自由度，得到各因素及誤差的平均離差平方和，將兩者相除得到Fi值，從而判斷各因素顯著性。具體步驟如下。

1)計(jì)算自由度

試驗(yàn)總的自由度f總：

f總=n-1

(7)

式中：n為總的試驗(yàn)次數(shù)。

各影響因素自由度的計(jì)算fi：

fi=na-1

(8)

式中：na為i因素設(shè)置的水平個(gè)數(shù)。

A，B兩個(gè)因素交互作用的自由度計(jì)算fA×B：

fA×B=fA×fB

(9)

試驗(yàn)誤差自由度的計(jì)算fE：

fE=f總-fi

(10)

fi值應(yīng)根據(jù)誤差的情況，同時(shí)考慮影響因素和各因素間的交互作用。

2)計(jì)算平均離差平方和

i因素的平均離差平方和MSi：

(11)

誤差的平均離差平方和MSE：

(12)

3)計(jì)算Fi值及顯著性判斷

(13)

根據(jù)Fi具體取值做以下判斷：當(dāng)Fi>F0.01，則說明該因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響極為顯著，即該因素發(fā)生微小變化也會(huì)引起指標(biāo)的極大改變；F0.01≥Fi>F0.05，則說明該因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響顯著；F0.05≥Fi>F0.10，則說明該因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響較顯著；F0.10≥Fi>F0.25，則說明該因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果有一定影響；Fi≤F0.25，則說明該因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果無明顯影響。

2 數(shù)值模擬試驗(yàn)

2.1 模型建立

根據(jù)已有研究成果，隧道開挖所造成的應(yīng)力、應(yīng)變變化僅影響在洞室周圍距洞室中心點(diǎn)3～5倍開挖高度或?qū)挾确秶膰鷰r。本文以云南省廣那高速公路隧道為模擬對(duì)象，構(gòu)建了如圖2所示數(shù)值模型。

圖2 ANSYS計(jì)算模型

本模型中，隧道內(nèi)輪廓中心點(diǎn)距拱頂和邊墻為5.55m，距仰拱底3.1m，且以開挖隧道中心點(diǎn)為原點(diǎn)，上邊界為50m，左、右、下邊界為30m。為方便模擬，將計(jì)算區(qū)內(nèi)的圍巖視為均一化介質(zhì)，其力學(xué)性質(zhì)為各向同性。并將溶洞從不規(guī)則形狀簡(jiǎn)化成規(guī)則圓形，計(jì)算溶洞對(duì)隧道支護(hù)影響時(shí)僅考慮開挖后初期支護(hù)的加固作用，不考慮二次支護(hù)的加固作用。

根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，對(duì)隧道工程進(jìn)行數(shù)值模擬時(shí)，可選擇將巖土體作為彈性模型、彈塑性模型、非線性彈性模型、黏彈性模型等。根據(jù)圍巖實(shí)際情況，本次數(shù)值模擬試驗(yàn)選擇彈塑性模型。為使計(jì)算結(jié)果更易收斂，采取Druker-Prager屈服準(zhǔn)則。

邊界條件的設(shè)置會(huì)對(duì)模型計(jì)算的正確性和可靠性產(chǎn)生極大影響。本文的邊界條件設(shè)置為：在模型兩側(cè)節(jié)點(diǎn)上設(shè)置x向位移約束，主要限制模型在計(jì)算時(shí)的橫向位移；在模型的底邊節(jié)點(diǎn)上施加y向位移約束，限制模型的豎向位移；對(duì)于模型的頂部節(jié)點(diǎn)無須施加任何約束。

本次試驗(yàn)采用地層結(jié)構(gòu)法計(jì)算模型，選取的圍巖為Ⅴ級(jí)，初期支護(hù)的圍巖分擔(dān)比例為30%。需要注意的是，在ANSYS中模擬此工況時(shí)，首先需模擬出隧道還未開挖時(shí)的模型應(yīng)力、應(yīng)變值，得到模型在初始應(yīng)力作用下隧道開挖處的應(yīng)力、應(yīng)變值。然后在隧道開挖輪廓處施加70%的相應(yīng)反力，這樣便可模擬出初期支護(hù)分擔(dān)30%荷載的受力情況。然后再進(jìn)行開挖計(jì)算，得到相應(yīng)的應(yīng)力、應(yīng)變等。

2.2 材料參數(shù)選取

完成建模后，將對(duì)各部分材料進(jìn)行參數(shù)選取，圍巖為Ⅴ級(jí)圍巖，支護(hù)為初期支護(hù)，不計(jì)算二次支護(hù)的影響。初期支護(hù)設(shè)置為24cm厚度的C25混凝土，并加設(shè)I20b(間距1m)和φ25(間距1.2m)的中空注漿錨桿，錨桿長(zhǎng)度為3.5m。相關(guān)材料力學(xué)參數(shù)如表3所示。

表3 各材料類型的物理參數(shù)

由于初期支護(hù)為鋼拱架及噴射混凝土共同作用，為方便計(jì)算，將對(duì)初期支護(hù)材料屬性采用等效計(jì)算方法。根據(jù)Drucker-Prager準(zhǔn)則，鋼拱架的材料屬性按截面積折算給噴射混凝土，其計(jì)算方法為[14]：

(14)

式中：E1為折算后的初期支護(hù)總的彈性模量；E2為C25噴射混凝土彈性模量；E3為鋼拱架的彈性模量；A1為初期支護(hù)的截面面積(取b為1m時(shí))；A2為鋼拱架的截面面積。

本次模型計(jì)算的C25噴射混凝土彈性模量E2為26GPa，鋼拱架的彈性模量E3為73GPa，初期支護(hù)的截面面積A1為0.24m2，I20b鋼拱架的截面面積A2為39.57×10-4m2。根據(jù)所給參數(shù)，計(jì)算可得初期支護(hù)折算后總的彈性模量E1為27.1GPa。

2.3 試驗(yàn)工況選取

本文研究隧道初期支護(hù)在不同工況下的拱頂下沉、周邊收斂和安全系數(shù)。具體工況設(shè)置如下：①溶洞位于隧道不同的方位 分別處在隧道拱頂、隧道斜上方、隧道側(cè)部45°、隧道底部4種工況；②溶洞直徑的尺寸 為2，4，6，8m 4種尺寸的溶洞；③溶洞距隧道距離 為1，3，5，7m 4種距離。

2.4 隧道開挖模擬

為討論溶洞對(duì)隧道圍巖穩(wěn)定性的影響，應(yīng)首先了解開挖范圍內(nèi)無溶洞隧道的圍巖應(yīng)力、應(yīng)變?cè)陂_挖過程中的變化規(guī)律。模擬過程中需滿足以下假設(shè)：①建立模型中的圍巖為各向同性材料；②本次計(jì)算只考慮圍巖的自重應(yīng)力，而不將圍巖中可能存在的水壓力和其他構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)考慮進(jìn)去；③對(duì)于本文的隧道支護(hù)，僅施作初期支護(hù)，且初期支護(hù)只計(jì)算錨桿和噴射混凝土的支護(hù)作用。對(duì)于隧道開挖而言，圍巖的應(yīng)力是隨著圍巖的變形而逐漸釋放的，本文通過控制節(jié)點(diǎn)上受力的方法來模擬隧道周邊圍巖應(yīng)力的釋放，選用的施工方法為上下臺(tái)階開挖，具體設(shè)置為：隧道開挖時(shí)先釋放30%的圍巖荷載，初期支護(hù)施作后釋放剩余70%的圍巖荷載。

本次模擬通過記錄A，B，C 3個(gè)初支關(guān)鍵點(diǎn)的y向位移、x向位移、y向應(yīng)力、x向應(yīng)力4個(gè)關(guān)鍵數(shù)據(jù)，來反映隧道開挖過程中圍巖的受力情況。模擬開挖步驟如下。

第1步，在隧道開挖前，對(duì)軟件內(nèi)所有單元賦予對(duì)應(yīng)的材料參數(shù)，并將錨桿和初支單元“殺死”后進(jìn)行初始地應(yīng)力計(jì)算，得到圍巖在自重應(yīng)力場(chǎng)下的計(jì)算結(jié)果，各點(diǎn)數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 初始應(yīng)力狀態(tài)下的初期支護(hù)關(guān)鍵點(diǎn)數(shù)據(jù)

第2步，先將隧道斷面上臺(tái)階土體單元“殺死”，模擬上臺(tái)階隧道開挖，并在上臺(tái)階初期支護(hù)節(jié)點(diǎn)上施加70%的圍巖反力，以模擬隧道圍巖應(yīng)力的分步釋放。

第3步，在上臺(tái)階初期支護(hù)節(jié)點(diǎn)上施加70%的圍巖應(yīng)力，以平衡上一步驟施加的圍巖反力，然后將隧道上臺(tái)階襯砌錨桿單元激活，并賦予襯砌的材料參數(shù)。

第4步，先將隧道下臺(tái)階土體單元“殺死”，模擬下臺(tái)階隧道開挖，并在下臺(tái)階初期支護(hù)節(jié)點(diǎn)上施加70%的圍巖反力。

第5步，在下臺(tái)階初期支護(hù)節(jié)點(diǎn)上施加70%的圍巖應(yīng)力，以平衡上一步驟施加的圍巖反力，然后將隧道下臺(tái)階襯砌錨桿單元激活，并賦予襯砌的材料參數(shù)。

完成上述5步模擬后，對(duì)各關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如表5所示。

表5 開挖后的初期支護(hù)關(guān)鍵點(diǎn)數(shù)據(jù)

2.5 溶洞對(duì)隧道支護(hù)穩(wěn)定性影響分析

2.5.1溶洞對(duì)隧道拱頂下沉的影響分析

根據(jù)上文完成數(shù)值模擬后，可得出不同類型和狀態(tài)的隱伏溶洞對(duì)隧道支護(hù)拱頂下沉的影響。將所得數(shù)值模擬數(shù)據(jù)填入設(shè)計(jì)的正交表后，可得表6，對(duì)正交表內(nèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行極差分析，即可得到表7。

表6 溶洞對(duì)隧道拱頂下沉影響的正交試驗(yàn)

由表7可知RC>RB>RA>Re，所以這3個(gè)影響因素都不能列為誤差項(xiàng)，且溶洞相對(duì)位置對(duì)隧道拱頂下沉的影響程度最大，其次為溶洞相對(duì)于隧道周邊距離，最后為溶洞大小。

表7 溶洞對(duì)隧道拱頂下沉影響的極差

再通過上述數(shù)據(jù)計(jì)算各影響因素的均方值、自由度和F值，計(jì)算結(jié)果如下：MSA=0.020，MSB=0.017，MSC=0.033，MSE=0.007，F(xiàn)A=2.857，F(xiàn)B=2.429，F(xiàn)C=4.714。

由上述計(jì)算結(jié)果可得到MSC>MSA>MSB>MSE，可進(jìn)一步驗(yàn)證3個(gè)影響因素都不能歸為誤差項(xiàng)。

而對(duì)于F值的計(jì)算，由于FC>FA>FB>F0.01，則說明溶洞相對(duì)于隧道的位置對(duì)隧道初期支護(hù)拱頂下沉在這3個(gè)影響因素中的影響程度最大，且影響顯著，而溶洞與隧道間距離對(duì)隧道拱頂下沉的影響程度在一定條件下大于溶洞大小對(duì)隧道拱頂沉降的影響，且兩者影響程度均為一般。

2.5.2溶洞對(duì)隧道周邊收斂的影響分析

分析溶洞對(duì)隧道拱腰處周邊收斂的影響，需計(jì)算模型x向位移量。完成數(shù)值模擬計(jì)算后，將所得數(shù)據(jù)填入正交表，可得表8。對(duì)正交表8內(nèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行極差分析可得表9。

表8 溶洞對(duì)隧道周邊收斂影響的正交試驗(yàn)

由表9可知RA>RB>Re>Rc，所以溶洞相對(duì)于隧道位置這一項(xiàng)可列為誤差項(xiàng)，而對(duì)于其他2項(xiàng)因素則有，溶洞大小對(duì)隧道拱腰處周邊收斂的影響程度最大，其次為溶洞相對(duì)于隧道周邊距離。

表9 溶洞對(duì)隧道周邊收斂計(jì)算結(jié)果極差

再通過上述數(shù)據(jù)計(jì)算各影響因素的均方值、自由度和F值，計(jì)算結(jié)果如下：MSA=0.145，MSB=0.042，MSC=0.002，MSE=0.021，F(xiàn)A=7.03，F(xiàn)B=2.03，F(xiàn)C=0.10。

由上述計(jì)算可得到：因MSE>MSC，所以溶洞位置對(duì)隧道拱腰處周邊收斂的影響小于誤差的均方值，則該項(xiàng)影響因素歸為誤差項(xiàng)；而對(duì)于其他2項(xiàng)因素,由于F0.01≥FA>F0.10>FB>F0.25，則說明溶洞大小在這3個(gè)因素中對(duì)隧道拱腰處周邊收斂的影響值最大且影響尤為顯著，其次為溶洞與隧道間距離，其對(duì)隧道拱腰處周邊收斂存在一定影響。

2.5.3溶洞對(duì)隧道仰拱底部隆起的影響分析

分析溶洞對(duì)隧道仰拱底部隆起的影響，需計(jì)算模型y向位移量，完成數(shù)值模擬計(jì)算后，將所得數(shù)據(jù)填入正交表，可得表10。對(duì)正交表10以內(nèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行極差分析可得表11。

表10 溶洞對(duì)隧道仰拱隆起影響的正交試驗(yàn)

由表11可知RC>RB>RA>Re，所以這3個(gè)影響因素都不能列為誤差項(xiàng)，且溶洞相對(duì)位置對(duì)隧道仰拱隆起位移的影響程度最大，其次為溶洞相對(duì)于隧道周邊距離，最后為溶洞大小。

表11 溶洞對(duì)隧道周邊收斂計(jì)算結(jié)果極差

再通過上述數(shù)據(jù)，計(jì)算各影響因素的均方值、自由度和F值，計(jì)算結(jié)果如下：MSA=0.030 0，MSB=0.040 0，MSC=0.126 0，MSE=0.001 4，F(xiàn)A=20.75，F(xiàn)B=27.78，F(xiàn)C=87.16。

由上述計(jì)算結(jié)果可得到MSC>MSB>MSA>MSE，則這3個(gè)影響因素都不能歸為誤差項(xiàng)；而對(duì)于F值的計(jì)算,由于FC>FB>FA>F0.01，則說明溶洞相對(duì)位置在這3個(gè)因素中對(duì)隧道仰拱隆起位移的影響值最大，其次為溶洞相對(duì)于隧道周邊位置，最后為溶洞大小，且三者對(duì)隧道仰拱隆起位移影響最為顯著。

3 結(jié)語

1)本文研究了溶洞對(duì)隧道穩(wěn)定性的影響。根據(jù)均衡分散的思想，設(shè)計(jì)出適合本研究的正交表格，并借助正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法中的方差分析法和F值分析法，分別得到溶洞大小、溶洞距隧道周邊遠(yuǎn)近、溶洞相對(duì)于隧道位置3個(gè)因素及誤差項(xiàng)在本次正交試驗(yàn)下的均方值和F值。通過比較均方值及F值大小，可清晰得到溶洞的3個(gè)因素對(duì)隧道初期支護(hù)拱頂下沉、周邊收斂和仰拱隆起的量化影響，實(shí)現(xiàn)了溶洞各要素對(duì)隧道穩(wěn)定性影響程度的定量判斷。

2)溶洞內(nèi)部填充物的種類對(duì)隧道穩(wěn)定性也有較大影響，但考慮到填充物種類復(fù)雜多變，且本文篇幅有限，未考慮該因素對(duì)隧道穩(wěn)定性的量化影響，后續(xù)將專門對(duì)其進(jìn)行研究。

3)本文在溶洞對(duì)隧道穩(wěn)定性影響這一方向提供了一種定量判斷方法，相較于傳統(tǒng)定性判斷，該方法可大幅度減少試驗(yàn)次數(shù)，且具有數(shù)據(jù)可視化優(yōu)點(diǎn)，因此在工程應(yīng)用中具有較大應(yīng)用價(jià)值。