水平层状岩体作为一种具有典型层状构造的沉积岩,在我国的贵州乃至西南地区广泛分布,其变形机制复杂,受岩性和结构面强度两方面控制,同时由于高速铁路列车行车速度快,在设计和施工时一般采用直线或者大曲线半径等线路方案,很难全面考虑不良地质,因此导致底部结构隆起成为了水平层状围岩隧道中较为常见的病害之一,但由于对穿越层状岩体隧道底部结构的变形机理、演化机制及影响因素等缺乏清晰的认识,使得隧道底部结构的安全控制效果难以达到预期。针对以上一系列问题,本文依托贵（阳）南（宁）铁路朝阳隧道水平层状围岩段,在充分调研总结现有成果的基础上,综合采用室内外试验、理论推导以及数值模拟等研究手段,提出水平层状围岩超大断面隧道底部结构隆起变形机理,并且明确不同因素的影响机制,最后综合研究成果提出隧底控制要点及处治措施,本文开展工作及研究成果如下:（1）通过调研国内外40座隧道底部结构隆起典型案例,总结分析了不同因素的影响机制,得出地下水、围岩膨胀性、遇水软化流变性是导致底鼓病害的关键因素;同时归纳了不同类型的底部结构隆起演化机制,主要包括破坏特征、变形规律以及主要影响因素等方面,分别阐述了其隆起发展破坏过程。（2）采集现场岩石原样开展常规三轴压缩强度试验,结合地质资料、开挖揭示围岩特征等对岩性进行合理客观评价,同时对地应力大小进行测试,结果表明:朝阳隧道炭质页岩脆性显著,在不同围压下均表现出明显的应变软化特征;围岩中蒙脱石等粘土矿物含量较少,但节理裂隙发育,以体积扩容机制为主;围岩遇水软化性显著,长期作用下呈流塑状,基本丧失承载力;隧址区最大水平主应力为4.2～10.4MPa,最小水平主应力为2.4～7.3MPa,垂直应力为1.6～6.4MPa,应力作用以水平挤压为主。（3）基于常规三轴压缩强度试验、开挖揭示岩性分析以及地应力测试结果的综合分析讨论,提出了以双弱化围岩渐进破坏机制为主的水平层状围岩隧道底部结构隆起变形机理,双弱化机制包含层间粘结强度和岩体本身强度两方面的弱化作用;同时基于相关变形机理对朝阳隧道底鼓原因、形式以及过程进行了预测分析。（4）以逐层失效机制为前提,建立了基于欧拉公式的水平层状岩体力学简化模型,通过理论推导将层状岩体变形效应与底板宽度、层厚效应、岩体材料强度之间建立了相应的联系,给出了层状岩体在不同影响因素下的响应规律,其与岩体材料强度、层间粘结强度成反比,与施加在两端的应力边界条件成正比,并通过水平加载构件试验有效地验证了所建立的力学模型的适用性。（5）利用层状岩体水平加载构件试验揭示了不同层厚、层间粘聚力以及材料强度对层状岩体破坏模式的影响,结果表明:层厚的减小降低了层状复合岩体抵抗变形和破坏的能力,主要表现为为弹性阶段的缩短和变形速率的加快;层间粘结强度的降低破坏了层状复合岩体的整体性,导致层状岩体加速进入单一岩层受力阶段,但对极限承载力劣化效应不明显;岩体本身材料强度降低极大地降低了层状复合岩层的承载能力,使得破坏过程显著加快,影响程度和范围进一步加深。结合数值模拟结果进一步证明了岩体本身强度在层状岩体的变形和破坏当中占据主导。（6）以高速铁路运营期间隧底围岩弱化为研究重点,运用数值模拟的手段分析了隧道在不同弱化系数、弱化深度以及不均匀弱化三种工况下的底部结构力学响应特征,结果表明:基底围岩弱化导致回填层表面拉应力快速增长,最早进入破坏状态;仰拱结构左右靠近墙脚受力最为不利,但未达到破坏状态;塑性区范围极大地影响底部结构位移、应力增长速率以及应力分布状态,有效加固基底塑性区范围内围岩有助于加强高速铁路隧道运营期间的稳定性。（7）结合变形机理以及数值模拟结果,有针对性地提出了水平层状围岩大断面隧道底部结构变形控制要点,主要包括加强对仰拱结构的曲率、矢跨比以及排水沟的针对性设计,充分借鉴新奥法理念加强预支护措施,减少对围岩扰动等,并且提出了一种以隧底注浆加固为核心配合斜插式树根桩的联合支护方案。