本文依托交通部科技项目“公路隧道松弛荷载预测理论与预警系统”(200631874024),以围岩的弹塑性损伤为主线,采用数值模拟方法对隧道开挖过程中的弹塑性损伤进行模拟,通过研究隧道围岩的变形、地应力的分布和塑性区的范围、大小,分析隧道围岩在开挖卸载过程中的弹塑性损伤演化机理。主要的研究内容如下:(1)结合损伤力学的理论基础,介绍了损伤理论在岩石类材料(包括岩质隧道围岩)中的应用,详细阐明了损伤变量的研究现状,以及隧道围岩损伤变量的定义,并介绍了隧道损伤检测的几种方法。(2)从岩体的破坏机理以及围岩在开挖过程中的加载、卸载破坏情况两方面为比较,确定了本文主要研究在卸载情况下的弹塑性损伤破坏;同时,根据现有的卸荷状态下的隧道围岩损伤力学理论与经验,结合能量耗散理论,分析考虑能量耗散的弹塑性损伤本构模型,得出了优化后损伤演化方程。(3)运用ANSYS10.0有限元分析软件,对Ⅱ～Ⅳ级隧道围岩进行了有限元分析,结合BP神经网络,对开挖后的扰动带的围岩力学参数以及支护参数进行综合优化,模拟隧道围岩开挖卸载全过程,并对围岩位移、应力、应变以及塑性损伤区域等进行分析,得出了隧道围岩在开挖过程中的弹塑性损伤演化规律。(4)结合璧城隧道的实际监控量测资料对本文的弹塑性损伤本构模型进行了验证,结果表明,本文采用的弹塑性损伤本构模型贴合实际工程,能较真实的反映隧道围岩开挖过程的弹塑性损伤演化过程,对工程有较高的指导作用。本文主要亮点有:(1)结合隧道施工的特点,引入基于能量耗散理论的弹塑性损伤本构模型,并优化了损伤演化方程。(2)以BP神经网络为基础,反演动态施工的围岩力学参数,作为下个施工步动态参数,较为准确的反映了开挖过程中围岩力学参数的变化。