岩土材料具有流变特性,因此,隧道开挖后围岩变形和支护压力是随时间变化的。围岩变形和支护压力的大小和分布规律是进行隧道结构设计、衬砌支护和选择施工方法的重要依据。基于隧道开挖对应的静水压力减小的典型应力路径,在弹塑性应力路径本构模型基础上发展了一个能够反映土体变形应力路径相关性和时间相关性的三维弹黏塑性(Elastic-viscous-plastic,EVP)本构模型;通过该材料模型建立了考虑时间效应的隧道开挖数值模型,利用数值模型,从土体流变性、隧道半径R、隧道埋深H和支护刚度E等角度,研究了隧道使用年限5年内时间对围岩变形和支护力学特性的影响规律。主要创新成果包括以下几点:(1)基于土的等向压缩规律,参考统一硬化模型中瞬时变形和延时变形的计算方法,发展了一个土的一维EVP模型。在土的应力路径本构模型基础上,考虑超固结比和剪应力比对瞬时塑性变形的影响,引入一维EVP模型中的延时变形规律,提出了三维应力状态下瞬时和延时变形的计算方法,进而建立了土的三维EVP应力路径本构模型。通过与试验结果的比较表明,所建立的三维EVP模型可合理地描述黏土和砂土的黏性特性,尤其是可同时描述土体开挖时应力比加载条件下土体变形的时间效应、应力路径相关性等。基于三维EVP本构模型,建立了考虑时间效应的隧道开挖数值模型,利用实际工程数据验证了数值模型。(2)基于数值模型,研究了时间对隧道围岩地表及拱顶沉降的影响。隧道不施加支护时,5年时的地表沉降较之于开挖完成时增长比率在53.2%~201.2%,该比率随H增加而增长,随R增加而减小;5年时的拱顶沉降增长比率为38.9%~107.2%,该比率随围岩流变参数?增加而增长,随R增加而减小。隧道施加支护后,5年时的地表沉降增长比率在78.0%~225.9%,该比率随?或R或E的增加而增长,随H增加而减小。隧道开挖1小时时,无支护隧道地表、拱顶以及有支护隧道地表的流变沉降占5年内总流变沉降的比率分别为30.9%~43.3%、17.3%~38.3%和0%~49.3%。(3)分析了时间对隧道围岩径向压力、衬砌剪力和衬砌弯矩的影响。以内力改变量最大的截面对应内力为研究对象,5年时拱底的流变压力较之于开挖完成时增长比率在31.3%~79.6%,该比率随?增加而增长,随R或H的增加而减小,与E关系不大;5年时拱肩的流变剪力增长比率在28.7%~61.3%,该比率随?或H的增加而增长,随E的增加而减小,与R关系不大;5年时拱底的流变弯矩增长比率在35.5%~115.8%,该比率随?或R或H的增加而增长,随E的增强而减小。隧道开挖1小时时的围岩压力、衬砌剪力、弯矩改变量占5年时内力改变量的比率区间分别为30.1%~39.5%、33.6%~49.0%和26.9%~40.0%。