确保开挖面稳定性是隧道施工安全控制的核心问题。国内外城市隧道施工过程中,由于开挖面失稳造成地层坍塌进而引起邻近建筑物损坏、地下管线破裂的事故时有发生,危害巨大。现阶段针对隧道开挖面稳定性研究的理论模型由于未充分考虑复杂的隧道和地层条件,且求解过程也存在诸多简化,使得开挖面理论模型与实际情况之间存在一定差距,难以满足实际隧道工程的安全控制要求。为此,本文重点考虑地层土拱效应、地层强度参数空间变异性、隧道断面形状、地下水渗流以及饱和软黏土地层变形破坏特征等因素对隧道开挖面稳定性的影响,基于隧道开挖面破坏演化规律和破坏特征,采用极限分析上限法建立隧道开挖面稳定性分析模型。论文的主要研究内容及取得的研究成果如下:（1）考虑地层土拱效应,分别采用椭球体土拱理论和空间离散化技术构建的土拱区域地层速度场,建立隧道开挖面稳定性分析模型。研究结果表明:两种方法所构建的分析模型均显著提高了支护力上限解;地层内摩擦角对开挖面极限支护力的影响较其他参数更为显著;椭球体理论能有效预测地层土拱区域的松动土压力,相比速度场改进方法能提供更保守的稳定性分析结果;而通过构建土拱区域运动容许速度场,则可获得由上限法推导得到的土拱区域边界方程。（2）考虑地层空间变异性,分别建立了地层黏聚力和内摩擦角空间函数表达式,并基于空间离散化技术和牛角形刚体旋转破坏机制,建立了隧道开挖面稳定性分析模型。研究结果表明:随黏聚力不均匀系数n0/n2比值和各向异性参数k的增大,开挖面极限支护力呈非线性增大;当地层各向异性系数k<1,黏聚力各向异性有利于开挖面稳定,但当k>1时,则会降低开挖面稳定性;当采用地层平均内摩擦角φ0时,随内摩擦角各向异性参数Ω3的减小,开挖面破坏区域同时在纵向和横向上缩小。（3）推导了开挖面前方地层的地下水渗流水头分布的解析表达式,并研究了渗流作用对开挖面稳定性的影响规律。研究结果表明:解析模型与数值解吻合较好,具有较高的计算精度;开挖面极限支护力随地下水位hw/D的增大呈线性增大,开挖面破坏区域随地下水位hw/D的增大而倾向于向开挖面的前方延伸;随渗透系数比值kh/kv的增大,开挖面渗流水头降低,开挖面极限支护力呈非线性减小。（4）采用空间离散化技术研究了马蹄形、圆形、矩形和椭圆形四种断面形状对隧道开挖面稳定性的影响,包括开挖面失稳破坏模式、开挖面极限支护力和安全系数等。研究结果表明:圆形和矩形断面隧道开挖面所需的极限支护力较大,马蹄形和椭圆形所需极限支护力较小;在断面面积相同的情况下,隧道开挖面稳定性会随断面高宽比D/W的增大呈现先减小后增大的趋势;而对于开挖面破坏区域,断面形状会改变破坏区域的最优化几何形状;其中马蹄形和椭圆形开挖面破坏区域水平延伸范围较小。（5）基于饱和软黏土地层破坏特性,构建了隧道开挖面连续速度场,推导了开挖面极限支护力和稳定性系数计算公式,并给出了饱和软黏土地层隧道开挖面稳定性的相关无量纲参数计算图表。研究结果表明:相比圆形断面,马蹄形断面的隧道开挖面在饱和软黏土地层中稳定性更好;忽略饱和软黏土地层不均匀性将会高估开挖面的稳定性;针对原始连续速度场随覆跨比C/D无限延伸扩展的缺陷,提出了改进的连续速度场,有效提高了开挖面极限支护力和稳定性系数上限解。