随着矿山开采深度的增加而导致的工程事故增加和巷道建设的需要,对于巷道开挖和维护过程中出现的流变和大变形现象有必要进行理论分析,特别是在较软岩体中,很容易引起巷道结构失稳破坏。针对巷道出现的流变和大变形现象给出了相应的解析解或半解析解,得到了以下主要研究成果:(1)采用广义Bingham的弹粘塑性组合模型,推导获得了弹粘塑性组合模型的三维本构形式,结合非关联流动法则,分别采用MC和HB准则,建立了严格基于固体力学基本方程的圆形巷道围岩弹粘塑性应力和变形的解析表达式,通过MATLAB软件对f(t)隐式函数进行了求解,进而求得弹粘塑性MC和HB岩体中的应力和变形分布。(2)基于所获得的圆形巷道围岩弹粘塑性应力和变形解析解,进行了参数敏感性分析,得到了在不同支护力、泊松比、杨氏模量、粘性系数和剪胀角等参数条件下其应力和变形的规律特征:在相同的支护力条件下,HB准则对应的初始塑性区半径要比MC准则的大,且初始塑性区半径与支护力相关;初始塑性区随泊松比的增大而增大,粘塑性区半径随着泊松比的增大而减小;围岩中同一位置处径向和切向应力随杨氏模量的增大而减小,HB岩体受杨氏模量影响的程度大于MC岩体;围岩中同一位置处径向和切向应力随粘性系数增大而增大;围岩中同一位置处径向和环向应力随剪胀角增大而增大,剪胀角越小,粘塑性区发展的越快。(3)为了预测弹塑性耦合应变软化岩体中圆形巷道围岩的GRCs和塑性区,针对大变形问题,获得了圆形巷道围岩有限应变解析解。对考虑物质点位置运动的拉格朗日坐标进行了全面的分析。将解析解与数值解计算结果进行了分析对比,验证本文所提出的解析解的正确可靠性。最后,系统地研究了相关参数的影响,如杨氏模量、泊松比和膨胀角。提出的有限应变解更加合理,能够正确预测大变形地下工程的实际位移,特别是在高应力环境下的极软岩中,通过与中义隧道现场实验结果的对比,验证了该方法的有效性。(4)为了提高围岩特征曲线在巷道修复中的应用,提出了一种简单的方法。通过围岩特征曲线(GRC)可以预测具有任何力学行为的岩体的洞壁位移和塑性(残余)半径的变化。该方法与围岩力学行为无关,即可以适用于任何力学行为的岩体。该方法与先前发表的实例进行了比较。理论上可以确定所需间隙的临界开挖半径及其相应的塑性和残余半径。对于一个恒定的修复半径,随后的洞壁位移和塑性半径(以及残余半径)的增量逐渐减小,且上述三个变量趋于其临界值,即达到所需的净空半径。当岩体变得延性时,即临界塑性剪切应变从0增大到无穷大,塑性区和残余区的厚度减小。该论文有图77幅,表7个,参考文献166篇。