地下洞室开挖后,受开挖面空间效应与时间效应影响,围岩应力与位移无法立即释放,应力释放过程中产生的围岩变形会对支护结构力学特性产生影响,围岩与支护相互作用进一步影响洞室稳定性。然而,在理论上定量确定洞室开挖后应力释放大小比较困难,数值分析主要采用“反转应力释放法”与“折减开挖区岩体弹性模量法”实现应力释放过程模拟。前者通过一定比例系数控制应力释放,导致围岩应力释放路径与实际工程存在差异,而后者缺乏有效的弹性模量折减参数确定方法。因此,本文主要对“折减开挖区岩体弹性模量法”的理论与应用进行研究,引入体积收敛系数表征洞室整体收敛变形,分析了洞室应力释放过程中围岩整体收敛变形规律,提出了基于围岩体积收敛的开挖卸荷等效模拟方法,主要完成以下几方面工作:(1)基于弹性力学厚壁圆筒理论,建立了深埋圆形隧洞开挖卸荷等效力学模型,推导出弹性模量折减后围岩应力与位移解析公式,通过模拟算例验证了解析解的正确性。(2)引入体积收敛系数表征洞室整体收敛变形,研究了应力释放过程中围岩收敛规律,并验证了采用等代圆法分析非圆洞室开挖卸荷的有效性。结果表明,应力释放初期,围岩体积收敛比较均匀,应力释放达到一定程度后出现加速收敛现象;洞周不同位置位移释放路径不同,与单一点位移释放系数相比,采用本文提出的体积收敛系数可以更好地反映断面整体收敛。(3)针对围岩收敛影响因素进行了分析,模拟研究了地应力与侧向应力大小的影响规律。结果表明,地应力越高,围岩收敛变形发生在荷载释放后期的占比越大;侧压力大小对围岩整体收敛变形影响较小,且主要对围岩塑性阶段变形存在一定影响;对于开挖后主要发生弹性变形的硬质围岩,围岩体积收敛与应力释放呈近似线性关系,围岩等级越低,加速变形阶段出现越早。(4)研究了不同等级围岩体积收敛与掌子面推进位置关系。结果表明,围岩质量越好,变形释放越集中,到达最终收敛的时间越早;对于Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级围岩,洞室开挖后收敛变形主要发生在掌子面后方R、2R、3R范围内。(5)为了解决模拟过程中弹性模量折减系数难以确定的问题,提出一种基于围岩体积收敛的开挖卸荷模拟方法,探讨了弹性模量折减系数确定过程。以Ⅱ级围岩洞室为例,研究了掌子面后方不同距离设置支护时弹性模量折减系数变化规律。结果表明,支护设置在Ⅱ级围岩在开挖面后方0.5R-1.0R范围时,弹性模量折减系数建议取为90%-95%,在1.0R-1.5R范围时,建议取为95%-97%。(6)将本文提出的开挖卸荷模拟方法应用于二道垭隧道工程,得到的初衬应力模拟结果与量测数据基本吻合,验证了该方法的有效性。