隧道开挖使围岩的原始力学平衡状态遭到破坏,隧道洞周岩体应力场进行应力重分布,以适应新的变化,如果围岩二次应力小于岩体屈服极限,则围岩仍处于弹性安全状态,否则围岩将进入塑性状态。在距洞壁一定范围的围岩,因为隧道开挖施工而产生向洞内位移,由于“楔紧”效应而形成压力拱或土拱。弹塑性区分布与压力拱效应密切相关。弹塑性变形区范围与支护应力的关系,土拱与支护应力的关系,拱效应的作用范围如何划分,则有各种观点和假设。由于对这些问题缺乏深入的试验研究,在隧道工程设计和工程实践中,对于隧道的支护结构,安全储备有时高于实际的需要,围岩自承载能力不能得到充分的利用和发挥,使建造不够经济;还有一些情况是,隧道工程设计和建造的安全度不够,有可能会出现不同程度的质量问题和安全事故。因此,开展隧道弹塑性变化影响范围和围岩拱效应机理和分布范围的研究,对软弱围岩隧道设计与安全施工和防灾减灾具有重要的指导意义。本文主要工作如下:　　作者在综合分析文献资料的基础上,对围岩开挖后应力、应变变化规律进行了简要介绍;以相似理论为基础,对隧道模型试验进行了设计与制做;通过对隧道洞体开挖过程中各载荷步、不同洞周土体力学参数条件下各部位应力分布数据进行归纳统计整理,研究了在不同围岩条件下各部位应力分布的变化规律,对围岩弹塑性区划分进行了讨论,介绍了承载塑形区的特点并提出充分利用承载塑形区自稳能力的观点,讨论了压力拱拱体内外边界定义及相应合理的判定方法,得到了压力拱拱体随着隧道硐室开挖的进行而动态分布变化的规律,总结出了压力拱拱体的形成机理以及其与围岩稳定性关系。　　本文通过对模型试验数据的分析,得到了围岩三种路径的应力分布规律,研究了切向应力最大值与大主应力的最大值的关系,以及应力最值与压力拱的拱体范围的变化关系。通过分析模型试验围岩一定范围的位移实测值,得到了洞壁位移在开挖过程中的发展规律。从位移角度,研究了洞室开挖对洞周围岩扰动影响范围,并评价围岩洞壁各部位的稳定性。从位移场的角度出发,总结了围岩弹塑性位移的变化规律,提出了用相关路径位移曲率拐点来确定压力拱拱体内外边界的划分方法,分析了应力重分布与位移之间的关系。