随着我国国民经济持续快速的增长,为了满足日益增长的交通量的需求,需要采用大断面隧道的形式通过山岭地带。而在设计中通常采用扁平率较大的拱形结构形式,计算时不可避免地碰到施工力学不明确,衬砌厚度等参数只能参考经验值,带来了运营后隧道衬砌结构出现了不同程度的变形、裂缝等问题,目前为止,我国涉及到大断面公路隧道设计方面的规范条文并没有得到具体的落实。因此,在如何选择衬砌参数以保证衬砌受力合理、隧道安全方面值得深入研究。论文讨论了国内外在进行大断面公路隧道研究方面的现状,以龙头山公路隧道为工程背景,基于相似关系理论,以几何相似比CL=50、容重相似比Cr=1为基础相似比,以围岩级别分组,基本控制物理力学参数的全相似性。通过采用千斤顶加载模拟不同级别围岩下的隧道衬砌的破坏荷载,在试验中对隧道模型的围岩及衬砌之间的接触压力、衬砌、锚杆进行了监测。最终通过室内模型加载试验得到了土压力数据、二衬应变、锚杆轴向应变、隧道衬砌径向位移变化值。与此同时,通过有限差分软件建立三维模型,模拟分析了不同围岩条件下、非偏压及偏压条件下,隧道衬砌结构承受上部荷载时所表现出来的衬砌应力规律、径向位移变化规律、锚喷结构力学规律、围岩塑性区变化规律等。最后,通过将模型加载试验和数值模拟的数据进行对比分析,得出了衬砌结构在受到上部荷载作用时,在衬砌弯矩、轴力、裂缝的发生、发展方面的特点。