国内外诸多学者对隧道围岩压力拱进行了大量研究,但目前大多数研究都基于圆形隧道,压力拱的判别方法未形成统一,对影响压力拱的因素以及压力拱理论的工程应用研究也不多。鉴于此,本文采用理论分析、模型试验和数值模拟综合研究的方法,以圆形隧道为基础,对非圆形隧道围岩塑性区和压力拱形态特征以及压力拱理论的工程应用进行研究。主要研究工作如下:1.以弹塑性理论推导的圆形隧道的塑性区公式为基础,研究隧道围岩塑性区分布的影响因素。借助Matlab绘制圆形隧道的塑性区,采用FLAC 3D进行圆形隧道开挖模拟,将弹塑性理论和数值模拟的圆形隧道的塑性区进行对比分析。2.通过物理模型试验和数值模拟试验研究塑性区和压力拱的关系。研究发现塑性区与压力拱关系密切,目前不考虑塑性区、单纯地认为切应力升高部分就是压力拱拱体的压力拱判别方法存在不足。在物理模型试验和数值模拟实验基础上,提出了隧道围岩压力拱的判断标准及判断方法。3.按照新的压力拱判别标准和判别方法,通过数值模拟方法研究了非圆形隧道在各种影响因素条件下的塑性区和压力拱形态特征规律。4.将压力拱理论应用到隧道围岩稳定性分析中。通过数值计算发现施加衬砌可以帮助围岩形成压力拱,并从压力拱理论角度分析了衬砌施加的最佳时机。