随着近年来高速公路网的增多,公路隧道就不可避免要穿越含煤采空区地层。煤矿采空区作为含煤地层被开采后的遗留区域,受煤矿开采扰动而极大的破坏了原有煤层的稳定状态,使得采空区区域具有较大孔隙率、较强的离散性和围岩稳定性差的特点。本文以穿越煤系地层和连续采空区地带的宜泸高速公路观斗山隧道为依托,提出基于FDM和DEM耦合分析方法,以PFC3D离散元软件和FLAC3D有限差分软件为数值模拟的实现平台,来研究在隧道下穿含煤采空区地层的过程中隧道围岩稳定性破坏特征。研究的主要看成果如下:(1)根据对采空区地层形成过程的分析以及采空区地层所具有的离散性、连续性特征,提出采用FDM和DEM的三维耦合分析方法,同时选取Hoek-Brown强度准则作为本构模型,来模拟隧道下穿采空区地层,并论述了耦合分析准确性及合理性,以及确定了冒落带细观参数的选取。(2)根据采空区地层特点,通过FDM和DEM的三维耦合分析方法完成了采空区地层构造形态以及隧道开挖的模拟分析,并分别以釆空区倾角、间距和采煤厚度为控制变量。在无支护的情况下,有采空区的存在相比无采空区的情况对隧道围岩的稳定性影响更大,特别是隧道下穿双层采空区时,在中间带较小时采空区对隧道围岩影响更大。而采空区倾角、间距和采煤厚度的变化,对隧道围岩影响也不尽相同,总的来说,倾角越小,间距越小,采煤厚度越大围岩稳定性越差,施工中也极易发生围岩垮塌。(3)通过耦合数值模拟计算,研究下穿单层和双层采空区时隧道支护结构对围岩稳定性的影响,并对衬砌所承受的围岩压力作了分析。得到最大围岩径向压力出现在靠近隧道仰拱处的边墙上,最小围岩径向压力则出现在拱底处,隧道边墙和拱腰部分的径向围压整体上大于拱顶和拱底围压,下穿双层采空区时隧道衬砌所受围岩径向压力大于下穿单层采空区时。同时对有支护和无支护情况下围岩松动圈范围从理论和模拟两个角度进行对比分析。得到理论计算的结果与数值模拟的结果在边墙处较为接近,只是在拱顶处理论计算有些偏小,从而论证了数值模拟的准确性。