上软下硬隧道工程实例越来越多,我国缺乏针对上软下硬地层隧道的设计方法,根源在于缺乏上软下硬地层隧道破坏机理及评价的专门研究,本论文依托国家自然科学基金面上项目《上软下硬地层隧道渐进破坏机理与设计方法研究(51478118)》,提出了上软下硬地层隧道围岩破坏机理及评价这一研究课题,主要应用极限数值模拟方法和相关理论分析,开展了系统深入研究。(1)通过对上软下硬地层隧道围岩破坏因素的研究,得出:隧道跨度、埋深、软硬地层分界面位置的敏感程度逐渐降低,开挖方法和掘进尺寸的敏感度最弱;得出开挖后隧道围岩能够自稳时,隧道跨度是最敏感因素,隧道围岩不能自稳时,上部较软地层物理力学参数是最敏感因素,其次为隧道跨度;软硬围岩分界结构面的空间产状特性以及结构面的物理力学参数对隧道围岩变形破坏有重要影响。(2)通过对上软下硬地层隧道围岩破坏机理的研究,得出:上软下硬地层隧道浅埋时,拱顶围岩出现破坏并延伸坍塌至地表,随着埋深的增加,破坏区域逐步向拱肩转移,隧道深埋时,破坏区域由拱肩逐步向拱顶与边墙部位转移,最后拱顶、拱肩与边墙的破坏区域联通,导致上部较软地层洞周围岩整体失稳破坏;上软下硬地层中,隧道围岩稳定性往往受结构面、地下水的耦合作用,这加剧了围岩的损伤劣化,极易发生上部软弱围岩拱部坍塌、掌子面纵向滑移失稳、侧向滑移失稳等工程灾害。(3)通过对上软下硬地层隧道围岩破坏评价的研究,得出:提出在工程设计阶段,采用安全系数作为隧道围岩稳定性评价的主要量化指标,采用极限变形作为隧道围岩稳定性评价的辅助量化指标;提出在工程施工阶段,采用安全系数和极限变形作为隧道围岩稳定性评价的双控量化指标;针对上部为Ⅳ、Ⅴ级围岩与下部为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级围岩组成的五种上软下硬地层,提出了隧道围岩的安全系数标准和拱顶最大沉降值标准,建立了上软下硬地层隧道围岩破坏量化评价方法。以上研究内容和成果对丰富和发展我国隧道工程设计、施工和安全管理理论具有十分重要的科学意义和现实意义。