在城市化进程中,以隧道工程为主导的地下空间开发是节约城市地上空间、缓解交通压力的重要手段。在复杂多变的城市环境下进行工程施工,无疑将带来极大的安全风险。因此,成层地基中开挖面稳定性问题备受学者关注,是工程领域研究的热点问题。本文以成层地基土中盾构开挖面失稳破坏的演化规律为研究课题,利用透明土模型试验与数值模拟相结合的研究方法进行研究。首先,明确了透明土的制配方法及透明度的影响因素,验证了透明土与天然土体的相似性。其次,利用透明土模型试验与数值模拟相结合的方法,研究不同地层条件下的开挖面失稳破坏演化规律,根据失稳破坏模式对三维楔形体模型进行修正,最后,研究了土体参数对开挖面稳定性的影响,为盾构法施工提供理论指导。具体研究结果表明:（1）以透明度为评价指标,确定透明土的最佳配比。通过固结试验、直剪试验等试验,表明透明土的基本物理力学特性与天然土体相似,验证了透明土应用于模型试验的可行性。（2）利用模型试验与数值模拟相结合的手法,针对均质地基开挖面失稳破坏的演化规律进行研究。均质地基开挖面失稳过程中,开挖面前方土体经历局部失稳破坏和整体失稳破坏两个阶段,是一个渐进失稳破坏过程。砂土地层中,失稳破坏表现为垂直向上延伸的破坏过程;开挖面失稳破坏模式为烟囱状;修正后的经典三维楔形体模型下部滑移面为对数螺旋线,上部为椭圆柱状。黏土地层中,失稳过程中失稳区域不断扩张,没有明显的失稳边界;开挖面失稳破坏模式为盆状;将经典三维楔形体模型下部修正为椭球形,上部修正为倒椭圆台。（3）利用模型试验与数值模拟相结合的手法,针对成层地基开挖面失稳破坏的演化规律进行研究。成层地基开挖面失稳过程中,开挖面前方土体经历局部失稳破坏和整体失稳破坏两个阶段,破坏过程与黏土地层失稳破坏过程较为接近,覆土层中土体失稳滑移倾角在地层改变处发生突变;根据模型试验与数值模拟结果,将经典三维楔形体模型下部修正为椭球形,上部修正为两个倒椭圆台,倒椭圆台的倾角与土体参数有关。（4）土体参数对开挖面稳定性有显著影响。当地层比大于1时,对开挖面稳定性影响较大;浅埋条件下地表有明显的沉降槽,随着埋深的增加地表破坏逐渐转变为整体沉降;内摩擦角和弹性模量主要影响地表纵向沉降范围的大小。