随着我国国民经济的快速发展,山岭地区公路建设的不断发展,公路隧道的建设数量日益增多。公路隧道建设不仅投资大而且往往是控制公路建设工期的关键。在隧道的施工中,经常遇到断层和溶洞等工程地质灾害。这就导致开挖后围岩应力重分布更为复杂。因此,分析断层和溶洞对隧道围岩稳定性影响就极为重要。本文以位于辽宁沈朝高速公路线上的大窑沟二号隧道工程为背景,隧道施工现场调研发现,隧道围岩中存在一些不良的地质条件,其中断层和溶洞是该隧道工程施工过程中关键性问题。现有研究表明,断层和溶洞对于隧道围岩稳定性的研究工作已受到科研人员和现场技术人员越来越多的重视,但是由于其破坏机理复杂性,传统研究方法多采用数值分析的方法。相对的,有关断层和溶洞模型实验方面开展研究的并不多见。本文基于模型实验具有真实、直观、全面的优点,立足东北大学实验室现有条件,提出利用相似模型实验为主要的研究手段,并以数值分析作为模型实验的补充,对典型断面的隧道围岩失稳破坏过程中的力学行为进行较为深入的研究。模型实验相似准则考虑选用以几何相似比和容重相似比为主相似比,实现了在弹性范围内控制各物理力学参数的全相似性。继而开展了相似材料配比实验,制作了隧道模型,开展了对含有断层和不同位置溶洞对隧道围岩稳定性影响的系列实验研究。在模型实验的基础上,本文进行了三维有限元数值分析,作为对模型实验的补充,并将两者的结果进行了对比分析。通过本文的研究,得出了一些有实际工程价值的结论,对于保证本隧道的顺利施工有借鉴参考意义。