西安处于黄土地区,其湿陷性黄土分布广厚度大,多条地铁线路不得不穿越大厚度湿陷性黄土地层,这些地层在未浸水时具有较高的强度和承载能力,但当浸水后,土体压缩性增大,承载能力迅速降低,因此对处于其中的地铁隧道会有较大的风险。当土体中存在渗水通道时,若隧道周边土层中的市政管道渗漏水,以及临近深基坑未做好防排水在强降雨后基坑内积水通过渗水通道流向隧道周边地层,使隧道周边土体浸水湿陷从而对隧道造成不利影响。本文以西安地铁9号线芷阳五路~芷阳广场区间隧道为工程背景,采用模型试验和数值仿真的手段,研究隧道周边局部土体湿陷后隧道衬砌和地层的应力及变形情况,以及造成该影响的力学机理,并通过数值模拟研究湿陷范围变化及浸水方式不同对隧道衬砌的影响规律。主要成果如下:1、通过模型试验的三种不同浸水区域工况下隧道衬砌的弯矩和轴力,以及地层竖向应力变化的研究可以看出,湿陷区域越大隧道衬砌内的弯矩和轴力增长也越大,地表沉降也越大,且靠近湿陷区一侧的衬砌弯矩和轴力大于未湿陷一侧的。拱腰线处地层在湿陷区竖向应力减小,在湿陷区外竖向应力增大。湿陷区域大小相同,埋深越浅,地表沉降越小。2、通过数值计算软件模拟与模型试验相对应的三种不同浸水湿陷工况,分析研究土体湿陷后隧道衬砌和围岩的应力及位移变化规律。分析发现模型试验与数值模拟的结果变化规律基本一致,隧道周边局部土体湿陷后,该部分土体承载力降低,周围土体主应力发生偏转,将原先由湿陷土体承担上覆土压力传递给周围未湿陷的土体和衬砌结构上,使得隧道的围岩压力增大且在与湿陷区接触的上下两角处增长较大,相应的隧道衬砌弯矩和轴力增大,变形也增大且呈现出整体下沉并上部挤压变形规律。在湿陷区土体中的竖向应力减小,而在湿陷区两侧未湿陷的土体中由于应力的传递其竖向应力增大。3、水平向浸水时,当从远处向隧道方向浸水湿陷,湿陷区与隧道中线的距离小于11m(1.8D)时,隧道衬砌内的应力才会显著增长;当从隧道旁开始背离隧道方向浸水时,隧道衬砌内的应力在刚开始湿陷便会有较大增长。竖向浸水时,从上往下浸水和从下往上浸水湿陷,衬砌内的应力增长路径基本一致,增长规律近似于线性增长。湿陷区域相同时,浸水方式不同最终衬砌的内力也稍有差异,但差别并不大。