锚杆加固技术是一种提高隧道掌子面稳定性的有效方法,但现有工程的锚杆加固设计大多基于经验,其加固机理及加固效果的定量计算均有待进一步研究.为了准确评估纯黏土地层中纤维锚杆加固下的隧道掌子面稳定性,在极限分析上限法的理论框架下,将二维均质法推广至三维.结合“锚杆—土”相互作用机理提出改进的三维均质法,再结合连续速度场概念,建立先进三维破坏模型.由于三维连续速度场中的速度计算较为复杂,将该模型三维离散化,通过三维能耗分析建立离散形式的能量方程,复杂的曲面积分被巧妙转化成相对简单的离散体求和,再采用强度折减法和二分法求解能耗方程得到掌子面稳定性安全系数.构建一系列数值模型进行对比,两者计算所得安全系数趋势一致、数值接近,验证该模型的正确性,同时体现该模型计算效率的优越性.基于验证后的模型对锚杆长度和锚杆密度2个关键参数进行敏感性分析,研究结果表明,“新意法”施工时,在纯黏土地层中仅采用锚杆加固掌子面的效果不够理想,应结合其他加固技术(管棚加固、地表注浆等)以保证掌子面稳定和有效降低地表沉降.总体而言,所提出的三维模型能够较好地评估纯黏土地层锚杆加固隧道掌子面的稳定性,可为实际工程的设计和施工提供理论参考.