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本文以十堰至天水国家高速公路甘肃段控制性工程关同隧道左线出口拱顶坍塌为研究对象，在对我国以往黄土隧道塌方事故调查的基础上，利用地质雷达探测关同隧道左线出口塌方段降雨前后含水量的变化，并结合塌方力学机理分析、数值模拟分析等手段，从理论上分析塌方原因，结果表明：土体含水量的增大和黄土特殊的物理力学性质是导致隧道塌方的关键因素，同时洞口CD开挖法产生的偏压和人为因素也是导致隧道塌方的重要原因。并由此提出相应的处治方法。塌方处置后，通过实地监控量测和治理后数值模拟分析，对塌方治理效果进行评估，证实本次坍塌处理方案的有效性。