随着我国交通运输行业的快速发展,隧道因其跨越地形、缩短里程、减少城市用地和不受气候影响等多方面的优越性而广泛采用。同时我国地形复杂,在修建隧道过程中常遇到穿越断层破碎带的情况,断层破碎带围岩力学性质差,渗透性良好,为地下水体提供良好的渗透路径。在富水地层隧道开挖过程中,极易出现掌子面坍塌、突水及突泥等工程事故。因此,研究水下隧道断层破碎带段掌子面失稳机理具有重要意义。论文以贵州省贵阳市中寨隧道为依托工程,运用理论分析和数值模拟的方法对水下隧道断层破碎带段掌子面稳定性进行分析,所做的主要工作及成果如下:(1)分析多种围岩压力计算公式的特点,得到基于筒仓理论计算围岩压力的适用范围;引入强度折减法,考虑地下水渗透力的影响,借助复变函数建立水下隧道掌子面失稳模型,得到水下隧道掌子面的稳定系数及支护力的表达式。通过计算得到中寨隧道掌子面稳定系数小于1,结合支护压力与稳定系数的关系曲线得出:对于高水位情况,提高支护压力对提升掌子面稳定性效果不明显。(2)基于Horm楔形滑动体的基本模型,并引入双折减系数,建立近接断层破碎带段掌子面稳定分析的两种模型,得到断层泥倾角对断层破碎带段掌子面稳定性系数的影响及渐进开挖过程中掌子面稳定系数与掌子面推进的关系曲线。结果表明:随着断层泥倾角增大,断层破碎带段掌子面稳定性有所提高;在渐进开挖过程中,掌子面整体稳定系数对开挖进深的敏感性不同,断层泥倾角越大,掌子面推进对稳定系数的影响越大。通过对楔形滑动体模型的改进,建立双折线滑动模型,分析完整围岩及断层泥内摩擦角的变化对掌子面稳定系数的影响。计算结果表明:当两种岩土体材料内摩擦角相差较小时,可简化为一个倾斜滑动面计算掌子面的整体稳定性。(3)基于非线性破坏准则下的极限分析上限法,建立用于能耗计算的掌子面破坏模型,获得掌子面安全系数的解析解。借助优化工具,得到各参数与稳定系数的关系曲线,分析结果表明:掌子面稳定系数随隧道埋深、土体容重及非线性系数m的增大而减小。(4)基于数值模拟的方法,研究断层泥倾角及渐进开挖对掌子面稳定性的影响,结果表明:在开挖过程中,掌子面上部岩土体形成一个筒仓形状的松动圈,与理论假设较接近;随着断层泥倾角增大,掌子面轴向位移、支护结构内力等在断层破碎带临近位置沿轴向变化更明显,在断层破碎带段更易发生突发事故,与理论分析相一致。