随着我国盾构隧道工程逐渐趋向大型化、深层化发展，盾构穿越复合地层的案例不断涌现。复合地层不仅使盾构施工变得异常困难，在运营期盾构隧道结构的受荷特征也与均匀地层差异较大，从而造成该类地层盾构隧道结构的内力和变形计算与工程实际往往有较大偏差，导致经典的荷载模式适用性差，并常常造成隧道拱底变形估计过量、而拱顶内力与变形估计不足。
　　鉴于此，本文开展了复合地层盾构隧道荷载模式与管片结构受力特性研究，通过理论分析针对复合地层提出了修正的盾构隧道荷载-结构计算模型，推导出复合土层中隧道底部主动土压力的计算公式；并进一步采用管片结构局部原型试验对拱顶管片结构的局部受力特性开展研究，分析了错缝拼装和纵向力对拱顶管片力学特性的影响规律，探明了拱顶管片结构的破坏过程和裂缝发展规律。主要研究结论如下：
　　(1)对传统管片结构计算方法在复合地层中存在的问题进行修正，认为隧道底部地基反力应由主动力和被动抗力两部分构成，且在岩层和土层中切向弹簧的设置应进行区别，在此基础上针对上软下硬复合土层和上土下岩复合岩土层分别提出了修正的荷载-结构计算模型，并采用经典滑移线场理论推导出上软下硬复合土层中隧道底部主动土压力的计算公式，通过实例验证了本荷载-结构模型的正确性。
　　(2)开展常规荷载条件下错缝拼装管片结构局部原型加载试验和错缝拼装管片结构局部剪切试验，通过单体管片加载试验和组合管片加载试验对比分析结构受力特性的差异，探讨了不同轴压比和偏心距下管片结构受拼装效应的影响规律，分析了纵向力对大断面盾构管片结构力学特性的影响机制和规律。
　　(3)开展错缝拼装管片结构局部原型破坏试验，分析了错缝拼装下拱顶管片结构破坏阶段结构内力、管片变形、接缝张开和钢筋应变的变化过程，探明了裂纹的产生时机以及扩展规律，通过管片破坏过程和破坏特征对其破坏机理进行研究，并提出了破坏过程中结构安全评价指标。