近年来,在复杂地质条件下修建隧道等地下工程逐渐成为了一种不可避免的趋势。炭质千枚岩是我国西部地区一种较为常见的软岩,薄层状炭质千枚岩是炭质千枚岩中的一种特殊形式,其层厚更薄、岩体更加破碎,力学性质更差,在该地层中修建隧道等地下工程易发生围岩大变形。为了避免围岩大变形、支护失效和地下结构破坏等施工病害,对薄层状炭质千枚岩的本构关系进行探究,用于分析地下工程的围岩稳定性问题。本文从工程特性、微观结构和力学特性入手,建立了薄层状炭质千枚岩的非线性流变模型以及不同状态下的本构方程,推导了用于分析围岩稳定性的围岩位移计算公式。主要研究如下:（1）利用SEM和XRD试验,对薄层状炭质千枚岩的微观结构和组成成分进行分析,探究了薄层状炭质千枚岩与炭质千枚岩的微观结构和矿物组成上的差异。通过现场观测和现场试验,对薄层状炭质千枚岩的纵波波速和工程性质进行了分析和总结。结合室内力学试验,探究了薄层状炭质千枚岩的力学特性与变形特征。（2）结合围岩的波速特征与薄层状炭质千枚岩的变形特性,建立了薄层状炭质千枚岩流变模型,并推导了不同应力状态下的本构方程与应变方程,可用于围岩稳定性分析。将模型的三维差分形式通过建立动态链接库,导入到flac3D软件的内置本构模型库中,可用于数值模拟分析围岩的稳定性。（3）结合薄层状炭质千枚岩的软化特性,建立了软化因子,修正了Drucker-Prager强度准则。利用现场测试出的波速特征,对薄层状炭质千枚岩地层的围岩分区进行了分析。利用新建薄层状炭质千枚岩非线性流变模型,结合修正的D-P强度准则与围岩分区,推导了考虑全过程蠕变的围岩变形方程,建立了围岩位移计算公式。（4）针对薄层状炭质千枚岩较难通过试验获得围岩参数的问题,建立了耦合算法,可利用现场围岩位移数据,反演出围岩参数。将反演出的围岩参数带入到数值模拟软件与围岩位移计算公式中,通过与实际围岩位移进行了对比分析,位移计算公式的计算结果误差较小,位移趋势与实际情况基本相同;数值模拟结果偏大,位移趋于稳定的时间偏长。