以西安地铁1号线区间盾构隧道为研究背景,根据相似理论设计了大比例(1：5)盾构隧道管片衬砌结构30°斜穿地裂缝的物理模型试验,对盾构隧道管片衬砌结构的变形破坏特征和作用机理进行了试验研究。试验结果表明：(1)结构变形破坏模式以整体剪切变形为主,局部有扭转变形,刚开始沉降时有整体弯曲趋势；(2)地裂缝垂直位错量在20cm范围内,地裂缝活动对穿越地裂缝带的盾构隧道管片衬砌结构的影响范围主要在上盘14-17环和下盘18-19环,上盘的13环和下盘的20环变形破坏较轻,其余管片环变形破坏不明显,考虑管片环外径D=1.2m,上述管片变形破坏范围相应于上盘1.25D至下盘0.75D；(3)管片衬砌结构30°斜穿地裂缝变形破坏不对称,地裂缝带附近衬砌结构成偏压状态,与正常结构所受载荷不同；(4)随着地裂缝错动位移增大,盾构管片衬砌结构位错也较大。因此,盾构管片衬砌结构不适用于地裂缝活动强烈的地质环境。利用通用有限元软件ANSYS对模型试验进了行数值模拟分析,数值计算结果与物理模型试验结果的对比分析表明,两种方法得到的管片衬砌结构的位移、应力、应变等变化规律具有较好的一致性。本文研究成果丰富了地裂缝复杂地质环境中盾构隧道管片衬砌结构的变形破坏机理等方面的理论,对西安地铁工程及类似地质环境中地铁穿越地裂缝的工程设计具有较重要的参考价值。