正确模拟围岩的卸载过程是地下工程数值模拟的一个重要课题。开挖卸荷之前，沿开挖边界上的各点都处于一定的初始应力状态，开挖使这些边界的应力解除（卸荷），从而引起围岩变形和应力场的变化（韩会民，2005）。对上述过程的模拟通常采用的方法有两种：邓肯（J.M.Duncan）等人提出的“反转应力释放法”和“地应力自动释放法”。
图7-3 反转应力释放法
“反转应力释放法”（图7-3）是把沿开挖边界上的初始地应力反向后转换成等价的“释放荷载”，施加于开挖边界。在不考虑初始地应力的情况下进行有限元分析，将由此得到的围岩位移作为由于工程开挖卸载产生的岩体位移，由此得到的应力场与初始应力场叠加即为开挖后的应力场。对一般的隧道工程，“反转应力释放法”可以方便地模拟施工过程，对每一步开挖，只需在计算开挖边界释放荷载的同时，把这一步被挖出部分的单元改变为“空单元”，即令其弹性模量E=0即可。此种方法的缺点在于：应力反转时释放荷载的计算困难，对大型的地下工程，如连拱隧道、地铁车站，由于施工工序繁多，应力场需多次叠加，使得分析过程过于复杂。进行弹塑性分析时，由于应力场需要叠加，对围岩的屈服判断需要做特殊处理，增加了分析的复杂度，降低了分析的准确性。(www.xing528.com)
“地应力自动释放法”则认为洞室的开挖打破了开挖边界上各点初始的应力平衡状态，开挖边界上的节点受力不平衡，为获得新的力学平衡，围岩就要产生相应的变形，引起应力的重分布，从而直接得到开挖围岩的应力场和位移场。分部开挖时，对于每一部开挖，将这一部分被挖出的单元变为空单元，即在开挖边界产生了新的力学边界条件。然后直接进行计算就可得到此工况开挖后的结果，接着采用同样的方法进行下一部的开挖分析。“地应力自动释放法”更符合隧道开挖后围岩应力重分布的真实过程，反映了开挖后围岩卸载的机理，可以实现连续性开挖分析，它不需人为地计算释放荷载，不需要进行应力叠加。对于弹塑性分析计算只需建立弹塑性模型，其余计算过程同线弹性，不需要做任何特殊处理，就可以实现连续性开挖。
“施加虚拟支撑力逐步释放法”是在“地应力自动释放法”的基础上，通过在开挖边界施加虚拟支撑力的方法，来模拟围岩的逐步卸载（图7-4）。初卸荷方法的具体实现过程：初始应力阶段（a）为初始地应力状态；在阶段（b）隧洞的开挖引起开挖边界上的释放节点荷载f1i=（1-α）（-fi），其中α为荷载释放率。为实现这一过程，在初始应力场中挖去隧洞单元的同时，在开挖边界上各相应节点施加虚拟支撑力p1i=（1-α1）（-fi），则产生新的载荷边界条件，继续进行计算，就直接得到开挖后围岩的位移场和应力场；在阶段（c）初期支护施作后，又有一部分的节点荷载f2i=α2fi被释放，这时只需将虚拟支撑力减小为p2i=（1-α1-α2）（-fi），继续进行计算即得到初期支护后围岩和支护的位移和应力；在阶段（d）二次衬砌施作后，剩余的节点载荷被完全释放，这时只需去除虚拟支撑力，继续计算，就可得到最终竣工后围岩和衬砌的位移和应力。“施加虚拟支撑力逐步释放法”对隧道施工过程的模拟连续进行，不需要应力和位移的叠加，使得分析过程更为简单，也更符合施工实际。
图7-4 “施加虚拟支撑力逐步释放法”隧道施工过程模拟示意图
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