软弱围岩隧道在施工过程中容易发生围岩大变形、甚至塌方等事故,塌方往往会导致工期延误、造成生命财产损失、影响隧道运营。公路隧道建设过程中的支护设计和施工是广大科研技术人员必须首要解决的主要问题,尤其是软弱围岩隧道的支护问题。针对这一系列问题,本论文对软弱围岩工程特性、支护类型作了归纳分析研究,对地质力学模型试验相似材料的配置进行了系统的研究,对以拉锚支护结构为代表的不同支护条件在渐进性破坏试验中围岩的破坏模式、应力应变、以及支护构件的受力特征进行了深入系统的研究,主要研究内容和成果如下:(1)以重晶石粉为细骨料,石英砂为粗骨料,建材石膏为调节料、松香～酒精溶液为胶结剂的原材料可以配置Ⅳ级围岩的相似材料,通过直剪试验、无侧限抗压强度试验测得的各项物理力学参数能满足模型试验要求范围,该类具有成型容易、价格便宜、来源广泛、干燥迅速、无毒无害等优点,是一种良好的围岩相似材料。(2)自行设计加工了一套模型试验装置,可进行多功能地下结构模型试验。试验装置具有可拆卸、能进行全场监测、经济适用性良好的特点。(3)通过模型试验,得到了围岩变形破坏规律:①隧道的破坏有两个阶段,一是拱顶沉降但不塌方并伴有边墙内挤现象,第二个阶段时拱顶大面积塌方并往塌落拱形态发展。②隧道变形破坏是由拱腰发生的剪切破坏并随上覆荷载的增加向拱顶转移转移导致的。③当上覆荷载取同一水平时,毛洞隧道位移量最大,其次是锚杆支护隧道和拉锚支护隧道,说明锚杆和拉锚支护结构能起到限制围岩变形的作用,且拉锚支护结构对围岩变形的约束作用更为明显。④毛洞隧道破坏最终形态为拱形塌方方式,形成了完整的塌落拱;锚杆支护隧道与拉锚支护隧道塌落形式为局部塌方,无明显的塌落拱形成。(4)通过模型试验,得到了围岩应力变化规律:①围岩竖向压力大于水平压力,竖向压力改变值也大于水平压力改变值。②试验结果验证了围岩应力由隧道轮廓线往外分别处于松动圈→压力拱→原岩应力三种状态。③毛洞隧道的松动圈大于锚杆支护及拉锚支护隧道,拉锚支护结构隧道围岩松动圈稍小于锚杆支护隧道,说明锚杆及拉锚结构加固了围岩,提高了围岩承载力,缩小了围岩松动范围,且对锚杆施加钢带能更有效的减小围岩松动范围。(5)通过模型试验,得到了支护构件受力特征变化规律:①拉锚支护结构中,锚杆的最大轴力靠近锚杆杆尾处;锚杆支护条件下,锚杆的最大轴力位于锚杆的中部。②拉锚支护结构下的锚杆最大轴力增量大于锚杆支护条件下的增量。③锚杆支护情况下的帮锚杆轴力大于顶锚杆轴力,拉锚支护情况下两者轴力相当。