挪威等北欧国家在软弱围岩中采用喷锚-加筋喷砼拱肋复合支护结构作为永久支护,该结构具有施工方便、经济有效等优点,在实践运用中取得显著工程效应。目前,针对该结构的研究主要集中在以复合支护为单一个体进行力学分析,尚未涉及在复合支护加固作用下形成的围岩-支护联合承载体的受力变形进行解析研究,从而影响喷锚-加筋喷砼拱肋复合支护的推广应用。本文首先分别推导了联合承载体的受力、变形与承载能力的解析式,并基于此得出在不同荷载与支护参数条件下联合承载体的变形、受力以及承载能力的变化规律;最后依据联合承载体内力与径向位移解析式,研究了在不同混凝土强度、锚杆长度与间距、加筋喷砼拱肋参数条件下联合承载体的支护承载效果,并以此为结果指标进行参数优化。(1)复合支护加固机理与联合承载体承载机理研究。介绍了喷锚-加筋喷砼拱肋复合支护的组成,同时阐述了复合支护加固机理以及围岩与支护结构联合承载机理。(2)围岩-支护结构联合承载体内力和径向位移解析解推导。考虑围岩与支护的相互作用,建立了围岩-支护结构联合承载体模型,运用复合曲梁理论,推导了在均布荷载作用下围岩-支护结构复合曲梁的内力及径向位移的解析表达式。采用该解析式重点分析了不同均布荷载条件下围岩-支护复合曲梁结构的受力变化规律。结果表明:围岩承载曲梁与加筋喷砼拱肋曲梁中弯矩、轴力和剪力均由拱顶向拱脚增加,最大值出现在拱脚处,随着荷载的增加,支护结构拱脚的弯矩、轴力和剪力相较于拱顶增幅较大,拱脚处受力随之增大。(3)围岩-支护结构联合承载体的承载能力解析解推导。考虑围岩与支护的相互作用,建立了围岩-支护结构组合拱力学模型,推导了联合承载体的承载能力解析表达式,该表达式表明联合承载体的承载能力不仅与围岩和复合支护力学参数有关,还与实际施工顺序与支护状态有关。采用该解析式重点分析通过依次改变围岩强度、锚杆长度、混凝土强度、加筋拱肋厚度参数得出围岩与支护结构承载能力与承载比的变化规律。结果表明:在分别提高围岩强度、锚杆长度参数从而加强围岩压缩拱的强度与厚度情况下,围岩压缩拱承载体的承载能力分别由0.04MPa提升0.051MPa与0.25MPa,其围岩压缩拱承载比由57.65%分别提升至59.52%和71.43%,围岩压缩拱承载能力大幅度提升,而支护结构承载能力增幅较小;同时在提高混凝土强度、加筋喷砼拱肋厚度参数从而加强的支护结构的强度与厚度情况下,支护结构承载能力分别由0.33MPa提升0.042MPa与0.1MPa,围岩压缩拱承载能力无明显变化,对应其围岩压缩拱承载比由57.65%分别减少至 51.05%和 30.51%。(4)以某交通隧道软弱围岩工程为背景,以解析式中围岩的径向位移作为正交试验结果指标,对其结果通过极差统计得出影响复合支护效果的主要影响参数与次要影响参数依次排序为:加筋拱肋厚度、围岩强度、混凝土强度、锚杆长度,锚杆间距。同时依据联合承载体内力与径向位移解析式,研究了在不同混凝土强度(C20-C35)、锚杆长度(1.5～3m)与间距(0.5～1.5m)、加筋喷砼拱肋厚度(0.2～0.8m)参数条件下联合承载体的力学响应;对比分析了围岩的变形以及围岩与支护结构的应力变化规律对联合承载的承载支护效果的影响,得出最优混凝土强度为C20-C30、最优锚杆长度为2m～2.5m、最优锚杆间距取为0.8m～1.2m、最优加筋喷砼拱肋厚度为0.2～0.4m。