隧道和地下工程的开挖过程是一个在时间和空间上不断变化的过程,是一个动态过程.对开挖过程进行力学行为的数值模拟和分析,对下一步施工对象的稳定性进行预测和预报在工程中是非常必要的,也一直是科技工作者探索的重要课题.利用现代计算机技术对开挖过程进行模拟是现代岩土工程界一个很有前途的发展方向.由于国内缺乏大跨度公路隧道的设计施工经验,而且现行的隧道设计规范也无法指导大跨度公路隧道的设计,因此,如何分析、解决大跨度公路隧道在施工开挖、支护过程中的围岩与支护结构的稳定性,就成为隧道工程设计和施工中的关键技术问题.该文通过对隧道及地下结构开挖过程的计算理论进行归纳和分析,分析了隧道开挖过程中的力学性态及其特点.在分析以往有限元程序的基础上,采用面向对象的编程技术,选取可视化的开发工具Visual Basic和Fortran PowerStation 4.0编制了二维弹塑性有限元分析程序EPFEM-2D.结合国家大型重点工程建设项目,以韩家岭大跨度公路隧道为例,在查阅与分析了国内外有关隧道,尤其是大跨度公路隧道技术资料的基础上,通过地质勘察和实验室岩石力学物理实验确定了隧道围岩的类别及一些必要的物理力学参数,优选出了能较好反映隧道实际受力状况的计算模型,并利用自编程序EPFEM-2D对韩家岭大跨度公路隧道的开挖过程进行了数值模拟和过程仿真.模拟了开挖前后的力学性态、不同开挖步序对隧道稳定性的影响,计算结果表明该隧道围岩能够承受围岩应力的作用,不会产生过大的整体塑性变形、剪切及弯折等变形破坏.所得计算结果和有关结论为韩家岭大跨度公路隧道的设计及施工提供了重要的参考依据.