随着“一带一路”战略的实施,我国隧道与地下工程事业得到了前所未有的发展。与此同时,工程建设过程中所面临的地质条件也越来越复杂,围岩变形历时持续增长致使隧洞失稳、塌方等灾害的现象非常普遍。为限制岩体过度变形,提高围岩强度,常采用锚杆进行加固。作为围岩支护的主要方式,锚杆支护效果已经获得了广泛的认可,但锚杆对围岩的长期加固机制还不为人们所熟知。在隧道交通、水利水电、深部资源开采等地下工程建设中,不仅要考虑施工期稳定,更要确保长期运营安全。因此探究围岩在锚杆支护作用下的协调变形机理以及长时变化规律具有重要理论意义和应用价值。本论文将围岩和锚杆分别视为独立的流变体,综合考虑锚固方式的不同,系统研究了圆形隧洞围岩-全长黏结式锚杆、预应力(端锚式)锚杆支护结构耦合流变规律。主要研究内容包括以下三个部分:(1)建立了圆形隧洞围岩-全长黏结式锚杆支护结构耦合流变理论模型。基于锚杆与围岩界面黏结荷载传递机理,获得了围岩-锚杆支护结构耦合模型弹性解;利用Mindlin位移解,并结合锚固区域围岩位移解,计算得到锚杆界面剪应力和轴力沿杆长分布;进一步,基于粘弹性理论,推导了围岩应力、应变以及位移随时间动态演化的理论公式,并对锚杆界面剪应力,轴力以及中性点分布进行了探讨。基于算例分析,锚杆选用一维Kelvin模型,围岩选用三维Maxwell模型,探讨了围岩和锚杆相对弹性模量以及粘滞性系数对支护效果的影响。结果表明:围岩径向应力和切向应力在锚固区与非锚固区交界面存在突变现象,且围岩应力、应变和位移场分布与相对弹性模量、粘滞性系数取值密切相关,并表现出显著的时间相关性;另外,研究发现全长黏结式锚杆界面剪应力沿杆长分布与锚杆室内拉拔试验所获剪应力分布有所差异,剪应力绝对值从锚头以近似线性的方式逐渐减小至0,即中性点所在位置,中性点后,剪应力近似指数方式增大到峰值,随后剪应力逐渐减小,最终在锚杆末端趋于固定值;此外,中性点位置不随时间改变。(2)建立了圆形隧洞围岩-预应力锚杆支护结构耦合流变理论模型。利用“分布力模型”获取了耦合模型的弹性解;进一步,基于材料性质和维度效应选用了符合锚杆和围岩的流变模型,即锚杆选用一维Kelvin模型,围岩选用三维Burgers模型,求解了围岩-预应力锚杆耦合模型在Laplace空间的解析解,通过Laplace逆变化得到耦合模型的粘弹性解。探究了锚杆预应力和粘滞性系数对围岩应力,位移场和锚杆轴力的影响。结果表明:隧洞内壁处锚杆支护效果与锚杆预应力呈正相关关系,然而当预应力过大时,支护效果随之不再显著增大;另一方面,围岩的第一蠕变阶段或者第二蠕变阶段粘滞性系数较大时,位移稳定值也越大;此外,锚杆流变状态不受预应力影响。(3)基于理论模型和有限差分软件FLAC3D的二次开发,开展了围岩-锚杆支护结构耦合流变模型数值模拟,对比分析解析解和数值解吻合程度,验证解析解的正确性和适用性,验证结果表明解析解和数值解吻合程度良好,进一步对模型的合理性进行了评价。