随着我国公路及铁路等交通基础设施的快速发展,在修建过程中经常要穿越山岭、湖泊等各种形式地层,隧道是最常见的穿越方式。由于我国幅员辽阔,地形地貌种类繁多,地质条件复杂,岩溶、断层破碎带等不良地质大量分布,隧道穿越不良地质时极易发生地质灾害。断层破碎带岩体具有强度低、遇水弱化崩解、裂隙分布广、地下水运移无规律等特征。当隧道通过不良地质时,在地应力、水压力及开挖扰动的联合作用下,隧道极易发生塌方以及突水突泥等地质灾害。因此,研究断层破碎带隧道突水突泥灾变机理,对灾害的预警及处治理论的研究具有指导意义,为研究隧道建设安全科学奠定基础。本文采用突变理论、模型试验、数值模拟以及工程应用等多种方法对突水突泥灾变演化过程进行了深入的研究,并取得了相关研究成果。(1)基于典型断层破碎带突水突泥特点,研究灾害赋存地质特征,对地下水的影响作用进行重点分析。针对不同类型灾变模式,分析工程地质特征及水文地质特征对灾害发生的影响方式及破坏特征,利用模糊数学分析主要致灾因素,得到了各因素对灾害贡献值及规模影响。(2)建立了断层地质构造力学模型,通过时效损伤本构模型描述围岩在动态破坏中的黏性和损伤特性,建立突变模型,通过数学分析得到临灾判据。建立多次突水突泥试验系统,对临灾判据进行验证,并提出岩土体在突水突泥过程中的空间破坏形态。(3)建立了地质模型试验系统对试验中的数据信息进行采集,研究了开挖过程中隧道围岩在多场耦合作用下灾变演化过程。(4)基于离散颗粒流方法,以永莲隧道为工程背景,建立了断层破碎带隧道数值模型,对开挖过程中的正常岩体以及断层岩体的综合物理场以及颗粒接触力进行研究。(5)建立了临灾信息响应体系,能够对灾害发生的可能性进行评估,在江西永莲隧道进行了应用,指导了工程加固所需要的力学参数指标,通过信息响应体系判定岩体稳定性,确保工程安全。