膨胀土具有明显的胀缩性、裂隙性、超固结性等特殊力学特性,无论在隧道施工中或建成后都给工程带来许多难题。目前,我国对膨胀土隧道的研究主要集中于开挖过程的支护结构分析,针对隧道运营期间的隧道结构的研究十分有限。然而,隧道建成后,长期的降雨入渗和胀缩过程的不断循环将严重威胁到膨胀土隧道的安全性及使用寿命。对此,本文依托南京平山浅埋膨胀土隧道项目,对膨胀土隧道运营期间降雨作用下的隧道结构力学响应与安全性进行探究,主要研究工作包括:(1)系统论述了膨胀土力学特性,通过室内试验,测定了土体的自由膨胀率以及无荷载膨胀率,根据现有的膨胀等级判断准则,确定了平山隧道膨胀土体的胀缩级别,得出了不同含水率对应的土体强度。同时,根据试验数据,拟合出了黏聚力、摩擦角与土体含水率之间的关系式。(2)根据温度场与湿度场微分方程的相似性,运用有限差分软件FLAC3D模拟了浅埋隧道降雨入渗过程,首先研究了非膨胀土增湿软化效应对衬砌内力及拱顶附加沉降的影响。之后探究了浅埋膨胀土隧道增湿过程中不同膨胀率、围岩变形模量和埋深下衬砌内力分布与衬砌安全系数的变化规律。最后,分析了干湿循环作用对膨胀土围岩安全储备系数、衬砌内力分布、衬砌安全系数及拱顶附加沉降的影响。研究结果表明:增湿软化效应、土体膨胀率与干湿循环作用对膨胀土浅埋隧道的衬砌内力与拱顶附加沉降的影响十分显著,在最不利情况下,膨胀率增加使得衬砌安全系数减小了34.5%,故在膨胀土隧道支护设计应充分考虑这三种影响因素,选取更为保守的安全系数。