交通拥挤和环境因素对城市地下空间的利用提出了更高的要求。在城市地区,隧道开挖往往是不可避免的。而隧洞掌子面稳定性是隧道工程设计和施工中的一个重要问题。隧洞掌子面失稳是一种常见的土体稳定性破坏问题,给人民生命财产造成巨大损失。在盾构掘进过程中,高掌子面压力往往导致地表隆起,而低掌子面压力则会导致掌子面突然坍塌,最终导致地表沉降。这两种错误估计的压力都可能导致时间和经济方面的损失。为了评估风险并设计适当的应对措施来保证隧道开挖的安全和防止对邻近结构的损坏,有必要对隧洞掌子面稳定性进行可靠的分析并计算必要的支护压力。早期土体稳定性分析方法多集中在极限平衡法,滑移线法和极限分析法,滑移线法常用来求解挡土墙极限土压力,鲜有人将滑移线法应用至隧洞掌子面的稳定性求解上。假设开挖处的土体是遵循莫尔-库仑屈服准则的理想弹塑性材料,并且假设是各向同性,均匀和不可压缩的理想连续体。由于没有考虑地面的变形,土体被理想化为刚性塑性材料。假定莫尔-库仑土的塑性平衡状态,建立静定可解的极限平衡边值问题数学模型,计算模型中考虑了覆盖层的层数和厚度,和土体粘聚力和内摩擦角等物理特性和隧洞施工线路坡度对隧洞掌子面稳定性的影响。采用滑移线法求解掌子面后土体的滑移线场和应力场,进而求解隧洞掌子面的极限土压力和破坏机理。同时利用FLAC3D建立了一个隧洞掌子面稳定性研究的数值模型。该模型将考虑单层与多层土层情况,并且将在不同情况下分析各个土体物理参数对掌子面稳定性的影响。并将本文的滑移线场解与数值模拟结果进行了比较,以验证滑移线场方法计算隧洞掌子面极限支护压力的有效性。研究结果表明:掌子面极限支护压力的滑移线解是可靠的,并且在考虑外摩擦角和外粘聚力情况下更贴合实际。经过多组变量组合研究后得到了各个参数对掌子面极限支护压力的影响,并通过FLAC3D模拟验证其准确性。在均质土体并控制其他条件相同情况下,掌子面极限支护压力随着土体内摩擦角或粘聚力的增大而线性减小,且内摩擦角的影响比粘聚力大;外摩擦角与外粘聚力的增加会导致掌子面极限支护压力的增大,且外摩擦角影响显著,外粘聚力影响很小。在多层土情况下,各层土体的物理参数对掌子面极限支护压力的影响程度不一:例如1层土(对应c1、φ1、γ1)的内摩擦角φ1对掌子面极限支护压力的影响要大于0层土(对应c0、φ0、γ0)的内摩擦角φ0。考虑覆土层厚度随施工线路坡度改变,掌子面极限支护压力随着隧洞施工线路坡度增加或者负增加都会使得掌子面极限支护压力减小。考虑覆土层厚度恒定时,掌子面极限支护压力随着隧洞施工线路坡度增加而增加。