近年来,随着科技实力的不断提升,铁路交通建设得到迅猛发展。山岭隧道在穿越地层的过程中,极易遇到富水断层、碎屑流地层等不良地质段。本文以国家自然科学基金“碎屑流地层隧道掌子面灾变行为及围岩稳定性控制研究”为依托,以碎屑流地层祁连山隧道为对象,采用理论分析、数值模拟、模型试验等相结合的手段研究区域渗流场和隧道掌子面稳定性试验等问题。其主要研究成果如下1.通过对隧道碎屑流灾害工程实例调研,系统分析了祁连山隧道施工中碎屑流地层赋存环境,得出了祁连山隧道碎屑流发生的基本条件和一般碎屑流形成的影响因素。2.根据祁连山区域水文及工程地质资料,基于Visual—Modflow软件平台建立了祁连山隧道穿越碎屑流地层的水文地质概念模型,得到自然条件下隧道开挖和贯通后隧址区地下水渗流场分布。在此基础上,对隧道施工过程中各区段进行涌水量预测,依据预测结果对祁连山隧道掌子面稳定性进行判定,为碎屑流地层隧道掌子面稳定性试验提供理论参考。3.首次研制了碎屑流发生模拟试验装置,采用正交试验,探讨了水头高度、碎屑流容重、埋深、物质组成等因素对碎屑流发生的影响,得出单一碎屑流物质埋深和容重不变时,水头高度越高其稳定性越差；单一碎屑流物质埋深不变时,碎屑流容重越低其稳定性也越差。4.基于模型试验结果,对碎屑流形成条件—物质结构组成、地下水和隧道开挖断面进行了分析；并总结出碎屑流发生过程可分为孕育阶段和发生阶段,孕育阶段表现为地下水的渗流、潜蚀和管涌和碎屑流物质的塌方,发生阶段表现为泥水混合物或者松散的碎屑流物质整体涌出。