围岩松动变形是地下工程在开挖后出现的反映结构稳定性和失稳特性的重要参考指标,体现了隧道围岩的破裂和内部应力的改变情况。由于围岩的自承能力和残余强度的存在,因此考虑空间效应条件下围岩的弹塑性变形具有二次释放的特征,在变形分次释放后围岩支护结构会达到新的平衡状态。现阶段的研究考虑开挖面的推进对围岩支护结构影响的分析尚不多见,围岩松动区的应力应变计算尚不完善,因此研究开挖面推进对围岩变形的影响在围岩支护结构相互作用理论中具有重要的意义。本文从隧道围岩变形的基本机理着手,基于弹塑性理论,对隧道围岩经开挖后的应力和位移等进行理论计算;运用数值模拟软件对隧道开挖过程进行模拟,寻求空间效应的基本规律,具体研究内容及成果如下:(1)以轴对称圆形隧道为例,计算在M–C屈服准则下围岩的应力和变形;对围岩破坏进行分析,将开挖扰动简化为单自由度的震动;从引起围岩破坏的因素入手分析围岩破坏的原因。(2)阐述空间效应理论并对隧道开挖过程中引起的空间效应进行图解,详细分析空间效应曲线,并对支护时机加以讨论,分析考虑空间效应的围岩支护相互作用,并计算在D–P和H–B准则下考虑空间效应的围岩松动圈力学参数;对考虑空间效应引起的围岩内物理参数变化进行分析。(3)利用MIDAS有限元软件建立全断面开挖模型,得到开挖面推进时对推进面前后的拱顶沉降以及侧帮位移等数据。经与模拟结果对比表明,开挖距离为1~2倍的洞室直径范围内,开挖时间在5~10天内拱顶沉降量增长最为迅速,其后趋于平缓。本文提出了在不同屈服准则下的应力位移的计算方法,为隧道变形计算提供了较为便捷的方法,并据此获得围岩松动的大致情况;根据开挖面空间效应的研究结论提出了合理有效的支护距离以及支护时机,为优化支护提供参考。