收敛-约束法因能直观反映围岩与支护结构的相互作用而被广泛应用于隧道支护结构设计与稳定性分析。隧道纵向变形曲线、围岩收敛曲线和支护特征曲线是收敛-约束法的三大组成部分。其中,纵向变形曲线反映了隧道开挖面的空间约束效应,将其与围岩收敛曲线进行耦合分析,可得到支护架设前开挖面附近隧道洞壁产生的前期位移,从而为支护结构的架设时机及稳定性分析提供理论依据。相对于围岩收敛曲线和支护特征曲线研究众多、成果颇丰的情况,关于纵向变形曲线的研究则显得相对不足。因此,本文以目前成熟的数值模拟技术为手段,基于Hoek-Brown准则对纵向变形曲线进行研究。首先,根据国内外已有研究成果,介绍了收敛-约束法和纵向变形曲线的发展历程、研究现状和基本原理,结合收敛-约束原理导出了支护结构稳定性系数计算公式。然后,基于Hoek-Brown准则和三维有限差分数值软件,研究了岩体参数对静水应力场中隧道纵向变形曲线的影响,得到了位移释放系数随泊松比、变形模量、单轴抗压强度、Hoek-Brown常数、地质强度指标及岩体扰动参数的变化规律。其次,对自重应力场和几个简单构造应力场中的隧道进行了研究。研究结果表明,自重应力场下隧道洞壁最大位移、开挖面处位移释放系数和开挖面前方岩体扰动范围较静水应力场的情况显著增大;水平应力大于竖直应力时,侧壁变形大于拱顶变形;开挖方向垂直于最大主应力方向时的洞壁变形远大于开挖方向平行于最大主应力方向的情况;非静水应力场中隧道拱顶、侧壁的变形过程不同。接着,基于二次回归正交组合试验设计方法,提出了位移释放系数公式构建方法,应用该方法对静水应力场中圆形隧道进行了一系列数值试验,建立了考虑多个因素的开挖面位移释放系数拟合公式,进一步比较了各影响因素的敏感性大小。通过数值算例和工程实例分析,初步验证了该方法的有效性。最后,根据相似理论,构建了考虑三维效应的室内相似模型,监测洞室开挖后开挖面后方拱顶的应变,对实测数据进行了分析。