盾构法作为一种安全可靠的隧道施工工法,在目前的城市地铁隧道工程中得到了广泛的应用。但在城市地表以下复杂的地质条件中进行盾构施工作业,显然具有一定的安全风险。因此,开展盾构隧道施工时掌子面支护力减小对隧道围岩及邻近建（构）筑物扰动的研究,无疑是有其实用意义的。本文以盾构隧道掌子面失稳引起的隧道围岩及邻近桩基变形为研究课题,首先对自行制备的透明土的透明度及物理力学性质进行了探究,其次设计模型试验装置并开展模型试验,研究不同条件下掌子面失稳引起的土体变形规律及桩基变形趋势。最后采用数值模拟手段对模型试验进行复现,并将两者的结果进行对比验证以证明结论的可靠性。主要工作和结论如下:（1）在总结了目前常用透明土制备方法的基础上,选用了熔融石英砂及正十二烷与15号白油的混合液制备了透明砂土,测试了20℃下正十二烷与15号白油的最佳配比,并对透明土进行了一系列物理力学性质试验以验证其在模型试验中作为天然土体代替物的可行性。（2）设计制作了一套基于透明土技术的盾构隧道模型试验装置,实现了对土体内部变形及桩基位移趋势的可视化观测。（3）针对不同条件下盾构隧道掌子面失稳引起的土体及桩基变形开展模型试验。结果表明盾构隧道掌子面失稳引起的砂土地层变形是一个自下而上的渐进过程,随着掌子面压力的减小,掌子面前方土体最先发生松动,并接近于竖直向上发展到上部土体,最终贯穿至地表,地层发生整体失稳破坏。桩基在盾构隧道掌子面失稳过程中变形量随着掌子面支护力的减小而增大,桩身整体发生向掌子面的位移,桩隧间距越小桩基受扰动程度越大。（4）基于数值模拟软件对模型试验进行复现,结果表明围岩变形自下往上发展,埋深比为1的地层地表沉降量大于埋深比为2的地层,但地表受影响范围小于埋深比为2的地层;桩基随着掌子面支护力减小发生朝掌子面方向的位移,桩隧间距越小桩基受扰动程度越大。该规律与模型试验结果相近,说明整体结果具有一定合理性。