砂岩是地下工程中常见的沉积岩之一,具有显著的各向异性特征,在隧道工程岩体开挖时,围岩变形破坏过程往往具有显著的时间效应,变形控制对施工期隧道非常关键。考虑砂岩的率敏性特征,分析围岩的蠕变演化规律、支护结构刚度和开挖速度对围岩变形的影响、及围岩与支护结构的受力情况,目前在这方面的研究还比较有限。本文以杭长高速公路北延工程云峰寺隧道为工程背景和主要研究对象,采用室内试验研究、现场监测、理论分析与数值模拟相结合的研究方法,对隧道砂岩的率敏性特征、施工期隧道围岩的时效变形及变形影响因素进行较系统和深入的研究。论文的主要研究工作如下:(1)进行现场隧道砂岩的力学特性及不同应变加载速率下单轴压缩率敏性试验,获得饱和状态下砂岩的基本力学特性参数,得到不同加载速率下砂岩的应力-应变曲线,研究表明砂岩的峰值强度随加载速率的增大而增大,呈线性关系,砂岩的峰值强度具有明显的率相关性。(2)考虑砂岩的率敏性特征,根据弹黏塑性有限元基本理论,基于含率敏性的应力积分算法,提出了砂岩的一种弹黏塑性本构模型,并利用ABAQUS软件进行本构模型二次开发,采用室内试验及单元数值试验相结合的方法,对本构模型参数进行辨识,验证模型程序的可靠性。(3)对云峰寺隧道右线不同断面的拱顶沉降和周边收敛实测数据进行对比分析,研究表明,随着时间的增加,拱顶下沉速率逐渐减小,最终趋于稳定,围岩周边收敛具有相似的变化趋势,收敛速率逐渐减小,最终水平收敛达到稳定值。(4)在建立的弹黏塑性本构模型的基础上,借助大型通用有限元软件ABAQUS,利用生死单元技术,建立云峰寺隧道右线进口段开挖过程的三维数值计算模型,重点探讨隧道进口段开挖过程中围岩的时效变形规律、应力变化情况及锚喷支护的受力情况,并模拟不同锚喷厚度(刚度)、开挖速度等因素对围岩时效变形、应力变化规律及支护结构受力的影响。