为探究软弱缓倾层状岩层隧道围岩结构变形与失稳机制，通过大比例相似模型试验，采用自主开发的岩土计算机视觉量测系统PhotoInfor进行围岩变形时空演变过程观测分析，并通过建立围岩结构力学模型探讨围岩失稳机制。研究结果表明：软弱缓倾层状隧道围岩变形的空间分布特征是首先在拱顶处产生裂纹，随着围岩荷载增加，左右拱肩出现垂直于层理面方向的裂纹并与层理面及拱顶裂纹贯通，进而形成剪切楔并最终塌落导致围岩失稳；缓倾层状岩体存在顺层偏压现象，在荷载作用下围岩结构变形明显左右不对称，在时间演变特征上表现为经历顶板断裂、拱肩失稳和隧道坍塌3个阶段；根据试验现象观测，提出可将隧道围岩顶板与拱肩岩层处分别简化为受均布荷载的简支梁、悬臂梁和受非均布荷载的简支梁力学模型，以此揭示了软弱缓倾层状隧道的围岩结构变形与失稳机制。

国家自然科学基金项目(52274141)；国家重点研发计划项目(2022YFC3003304)；

1 相似物理试验设计
1.1 工程地质概况
1.2 相似准则
1.3 相似材料
1.4 物理试验系统
1) 加载系统
2) 模型箱
3) 开挖装置
4) 变形量测系统
1.5 试验过程
2 围岩结构变形失稳分析
2.1 变形失稳分析
1) 断面围岩
2) 洞壁围岩
2.2 断面围岩位移与应变分析
1) 水平位移
2) 竖向位移
3) 剪应变
3 围岩变形失稳力学分析
3.1 顶板第一层围岩力学模型
3.2 拱肩处围岩力学模型
3.3 顶板第二层围岩力学模型
4 结 论

[1]李元海,赵万勇,朱茂国,等.软弱缓倾层状岩层隧道围岩结构变形与失稳机制试验研究[J].采矿与安全工程学报,2024,41(06):1148-1157.