分区破裂化现象作为深部岩体工程特有的非线性物理现象之一,经过三四十年的研究和发展,一些问题也越来越明了。各国学者在这一领域取得非常大的进步和突破,然而该现象产生的条件、机理和变形等方面仍没有统一的定论。本文在应变梯度理论的大框架下,利用岩石的应变软化本构关系分析了深部隧道围岩应力场的变化情况。主要内容分为如下3个方面：(1)利用应变梯度理论分析了厚壁筒在弹性状态下的受力情况。一方面,通过对高阶应力的简化假设,得到了简化平衡方程和相应的厚壁筒应力、应变解析解。另一方面,利用打靶法和拟牛顿迭代法实现了两点复杂边界条件和四阶常微分平衡方程的求解,得到了厚壁筒应力场和位移场精确数值解。通过对比厚壁筒经典弹性理论解析解、梯度理论简化解和梯度理论精确数值解,检验了简化模型解析解的可行性和精确性,并得到了梯度理论和经典理论在厚壁筒应用上的差异。(2)考虑到高地应力环境下围岩的延性特性,对岩石的全应力—应变曲线做出了简化,并在应变梯度理论下结合Mohr-Couloumb破坏准则,推导出岩石的弹塑性本构关系。并在此基础上建立了深部圆形隧道围岩的应变梯度弹塑性模型,得到了相应的平衡方程和边界条件。(3)利用数值求解方法在Matlab软件中实现了应变梯度弹塑性模型的求解,得到了深部圆形隧道围岩的应力场。证明了在本构关系中引入的软化段和高阶应变是隧道围岩塑性区产生波动性的必要条件。同时,在数值解的基础上研究了本构关系中相关参数,如泊松比、软化模量、材料内部尺度、梯度弹性常数、峰后变形系数和相对加载强度等对隧洞围岩应力场的影响,找到了对分区破裂化现象中破裂区和非破裂区的数量、厚度等参数的影响因子。