国际上知名的大型岩土工程有限元分析软件FINAL能够全面的模拟岩土介质的物理力学特性以及各种结构面,并且具备极强的岩土工程施工方法与施工步骤的仿真分析功能。本文将其引进并应用到隧道工程及大型地下洞室工程的分析计算中,特别针对开挖和支护过程进行了细致模拟。主要包括以下几方面:1、介绍了FINAL程序中地下工程开挖及加固措施的有限元模拟方法。重点介绍了一种特殊的混凝土喷层单元和锚杆单元。该混凝土喷层单元能够真实地模拟混凝土喷层的加载过程、受力状态及其加固效果;锚杆单元可以细致地模拟锚杆以及灌浆体的受力和破坏。2、运用上述锚杆和喷层单元模拟广州地铁4号线黄洲段地下隧道的支护措施,并使用非线性有限元方法,对该隧道的开挖施工过程、支护措施进行了仿真计算。观察每个开挖步的地面沉降量,分析了该段隧道的开挖对周围建筑物的影响。3、使用FINAL程序对水布垭枢纽工程地下洞室主厂房进行开挖模拟,研究了复杂地质条件下洞室群围岩的开挖变形形态与应力状态,分析了围岩塑性区分布及地下厂房洞室群的围岩稳定性。细致地模拟了喷锚加固措施以及预应力锚索等加固措施,并将几种加固方案进行对比分析,得到了一些很有价值地数据和结论。论文另一部分工作是研究了基于D-P准则的理想弹塑性本构关系积分的特点及相应的子增量法。研究说明文中提到的基于D-P准则的转移应力解析解,从应力调整过程来说相当于线性预测-径向校正方法;从本构关系积分策略来说相当于最近点投射法。本文在该增量算法的基础上又提出了基于D-P准则的子增量算法,计算实例说明计算精度的提高与子增量的步数大体成正比,在显著偏离比例加载的情况下,单步法仍能取得较高的精度。