土压力拱效应是地下工程开挖围岩变形与稳定性分析的核心问题，也是确定围岩压力进行支护结构设计的基础。本项目综合采用理论分析、模型试验和数值模拟三种研究手段，以隧道和基坑开挖为研究对象，研究土拱效应这一核心问题。取得的主要成果：1）在土的应力路径本构模型的基础上，建立土的三维弹黏塑性应力路径本构模型，可用于描述土体开挖时变形的时间效应；2）通过编写有限元材料子程序，将应力路径本构模型嵌入商业软件建立了土体开挖数值仿真模型；3）研发设计了一套隧道开挖模拟试验装置，利用试验数据验证了新建数值仿真模型，研究了围岩成拱模式与坍塌模式时土拱发生、发展机理和地层变形规律；4）提出划分深埋隧道与浅埋隧道的新方法，可较好地反映隧道开挖时围岩土体变形的宏观规律；5）定义了剪胀比的概念，提出了土质隧道围岩稳定性的评价方法，给出了临界剪胀比的确定方法；6）获得了考虑支护压力、土体物理力学参数的围岩应力和位移解析解，给出了不同支护压力下洞顶处开挖扰动区的边界，提出了临塑支护压力的概念，并给出了其解析表达式，获得了考虑塑性应力重分布影响的塑性区边界解析解；7）采用弹性理论和数值仿真相结合的方法，获得了隧道无支护稳定状态时拱顶处竖向位移和围岩变形压力公式；8）从不均匀变形、应力重分配、应力路径和地表沉降规律四个方面分析了隧道开挖过程中拱效应作用机理，获得了基坑支护中桩间距、土粘结力及土的抗剪强度对土拱效应的影响规律。发表论文14篇，其中SCI收录4篇，EI收录12篇；申请发明专利1项；获教育部科技进步一等奖1项(2, 2016)；培养国家优青1人、青年长江学者1名，博士生2名、硕士生7名，其中5人已获得硕士学位。研究成果可为城市地下空间的规划、建设提供科学对策，为城市隧道开挖系统方案的制定、技术措施的实施提供科学支撑，为隧道和基坑开挖原理与灾变控制理论的建立奠定基础。 2100433B