地下空间是兼具资源和生态环境双重属性的一种宝贵资源,将会被越来越多地开发利用,交通领域的隧道是地下空间开发的重要一环。而岩土工程有地质条件复杂、不确定性因素多等特点,以至于每年在隧道的施工过程中各类事故频发。结构弱面的存在,对隧道围岩有较大的不利影响。本文将岩土工程计算机视觉量测技术（“变形量测”和“识别表征”）用于石蜡砂小型隧道模型压缩实验及隧道相似模型试验的分析;将FLAC3D数值计算与相似模型试验结合,对处于含结构弱面岩层中的隧道围岩结构及其变形失稳时空演变规律进行了研究。在本文隧道物理模拟试验与数值模拟工况下,主要取得了以下研究成果:（1）通过大量基础力学实验获得了石蜡砂相似材料的配制方法,即先调节石蜡和砂的配比使强度满足要求,然后再通过砂颗粒级配调整弹性模量,最终可使抗拉强度、抗压强度、弹性模量、泊松比均满足相似比要求。通过计算机视觉量测获得了小型石蜡砂隧道模型最大剪应变和裂缝的对应关系以及围岩裂缝的发展规律。（2）基于计算机视觉变形量测,获得了在加载破坏过程中隧道围岩的变形区域分布模式、剪切变形的发展阶段、碎胀变形的过程特征以及结构弱面位置对于围岩松动圈出现位置与范围大小的影响规律;通过对含不同角度及位置结构面隧道围岩变形的对比分析发现,结构弱面位于隧道外部且角度越小越不利于围岩结构稳定。（3）通过模型试验的图像分析,得到了隧道围岩结构的时空变化特征与失稳规律。在时间上,隧道局部围岩被裂缝切割形成的围岩结构变化及其失稳与其受到的剪切作用有关;在空间上,含结构面的围岩剪切带集中在结构面附近并形成剪切破坏区域,最终失去稳定,试验表明该区域可通过局部加强来提高围岩结构整体稳定性。（4）通过FLAC3D数值模拟,获得了隧道围岩位移与塑性区在开挖进尺中的变化与空间分布特征。不同结构面下围岩塑性区的发展差别较大,但最终塑性区体积及分布接近,隧道两侧有较大范围剪切塑性区,拱顶及拱底局部存在小范围拉伸塑性区;通过强度折减法并结合塑性区发展特征分析,建议在支护结构设计时,隧道外含30°结构面时支护结构的支护抗力相对无结构面均质围岩的支护抗力可提高约67%。本论文共有图86幅,表13个,参考文献108篇。