随着我国重大工程建设重心向地形地质极端复杂的西部山区转移，越来越多的地下长大隧道面临埋深大、构造应力复杂的严峻挑战。许多工程经验表明，高地应力条件下的软弱围岩会表现出显著的流变特性，严重影响工程建设的顺利进行，甚至造成重大的经济损失。本文以巴基斯坦N-J水电站TBM引水隧洞项目为依托，通过室内试验、理论分析以及数值模拟相结合的方法，对软弱围岩隧道在高地应力条件下挤压大变形机理以及支护优化方法进行了研究。主要研究内容如下:　　1.开展了泥质粉砂岩的室内流变试验研究，主要为三轴松弛试验。松弛试验结果表明，轴向应力随时间增加而不断减小表现出松弛效应，同时径向变形不断增加。随着松弛过程的进行，应力减小的速率不断降低，最后趋于稳定，径向变形速率则没有明显的减小趋势。相同时间内应力松弛量与初始偏压显著相关，初始偏压越大则松弛量越大，相应的稳定松弛速率也更大。围压的不同也会对松弛速率产生影响，随着围压的增加松弛速率略有降低。多个试样存在松弛后继续加载时其强度低于前级初始偏压的情况，说明在偏压条件下泥质粉砂岩内部会发生持续性结构弱化从而导致强度降低，摩尔-库伦强度参数分析表明松弛会导致粘聚力的降低。当初始偏压与岩石强度接近时，岩石表现出从衰减松弛到稳定松弛最后转变为加速松弛的三阶段过程，而低偏压条件下则没有加速松弛的过程。　　2.扩展Lemaitre统一粘塑性模型，考虑了静水压力对粘塑性应变率的影响，并采用双曲函数作为模型粘塑性应变率的流动势函数，然后通过编写CREEP子程序实现了在通用有限元软件ABAQUS平台的二次开发。通过对N-J水电站引水隧道泥质粉砂岩的流变试验结果的反分析研究，验证了该模型的有效性，同时也获得了岩石材料的参数。　　3.采用建立的基于Lemaitre损伤力学的统一粘塑性模型，开展了挤压大变形地下工程的流变特性研究，结果表明，由于围岩体的流变特性，隧道开挖完成后仍会持续性的收敛变形，且围岩的流变随时间逐渐向岩体深部发展，围岩径向应力会持续降低，而环向的峰值应力却无明显变化，但是发生部位却向深部岩体转移。借鉴地下工程围岩GRC特性曲线，开展了挤压大变形隧道在不同支护条件下流变响应分析，结果显示当无满足支护的强度和刚度时可以通过提升结构的变形能以稳定围岩，并基于此建立了一种利用围岩的流变响应曲线估计所需支护变形能力的方法。　　4.针对传统的刚性支护难于解决地下工程大变形的难点，系统地开展了U型钢可压缩支架以及高压缩材料与混凝土组合衬砌两种可压缩支护结构对围岩挤压大变形控制作用的研究。U型钢可压缩支架支护特性的研究表明，U型钢可压缩支架的支护性能主要来自于卡缆的约束作用。卡缆螺栓的预紧力、材料间的摩擦系数以及钢材的弹性模量都对支护强度影响显著，随后采用回归分析方法得到了各因素对支护强度的影响规律。高压缩单元与喷射混凝土组合衬砌的支护力学特性分析表明，压缩单元的设置能显著的增强衬砌的协调变形能力，但是相应地也明显降低了其强度和刚度。参数分析结果表明高压缩单元的高度对支护强度的影响并不显著，而隧道半径、衬砌厚度、高压缩单元强度以及设置数量则显著影响组合衬砌的支护强度。高压缩材料缓冲层与混凝衬砌的组合支护在挤压条件下的支护性能分析表明该种组合形式能显著的提升衬砌的变形能力，可以确保大变形条件下隧道结构的完整性。　　5.结合巴基斯坦N-J隧洞的现场地应力测试成果以及现场监测结果进行反分析得到了岩体流变模型参数。在此基础上开展了TBM穿越软弱围岩时卡机预测，并提出:当隧洞埋深大于1100m时建议进行卡机预警;当隧洞埋深大于1500m时可能出现卡机事故;当隧道埋深超过1700m时极有可能出现卡机事故，通过采取超前加固等措施以避免卡机灾害事故的发生。随后进行了支护结构的长期稳定性分析，结果表明，由于高地应力软弱围岩条件下受到持续性的挤压作用，衬砌结构将发生较严重的破坏。最后分析了设置有可压缩单元的组合衬砌在围岩挤压作用下的结构响应情况，结果表明可压缩单元的设置能有效的降低混凝土衬砌的破坏范围。