经过四十多年的高速发展,我国经济取得了举世瞩目的成就,城市化进程不断加快,大量人口涌入城市,给城市交通带来了巨大压力。地铁作为一种位于地下、相对独立的轨道交通系统,与地面路网形成立体城市交通系统,有效地缓解了大城市交通拥堵等问题。随着地下交通线网的不断完善,新建隧道不可避免地穿越各种既有结构,如果设计和施工不当,会引起既有结构产生较大沉降变形,影响既有线路的正常运营甚至导致重大的交通安全事故。本文采用三维离散一连续耦合数值模拟和现场监测等手段,研究了既有盾构隧道在新建隧道下穿施工扰动下的变形特性,分析了夹层土变形破坏规律;以北京地铁16号线国家图书馆站～二里沟站区间隧道下穿既有地铁4号线国家图书馆站～动物园站区间隧道为工程背景,采用现场监测结果对研究结论进行验证;针对耦合建模需要设定的颗粒细观接触属性,进行了土体细观参数对宏观力学参数影响规律研究,并通过室内三轴试验进行验证,主要的工作及成果如下:(1)采用离散元法,通过对室内三轴试验的数值模拟,研究了砂土和黏土细观参数对宏观力学参数的影响规律。砂土选用无接触黏结的线性刚度模型,其细观参数包括:接触模量、刚度比和摩擦系数;黏土选用具有接触黏结的线性平行黏结模型,其细观参数除了线性组分之外,还包括:平行黏结模量、平行黏结刚度比、平行黏结抗拉强度、平行黏结黏聚力和平行黏结摩擦角。得到每个细观参数对弹性模量、泊松比、黏聚力和内摩擦角的影响规律,为选取合适的细观参数、实现宏细观参数标定提供指导。(2)采用PB设计法和CCD设计法,对黏土细观参数进行敏感性分析,得到细观参数敏感性排序,得到所有细观参数与宏观力学参数之间的线性回归方程和两个最敏感细观参数与宏观力学参数的二次非线性回归方程,并进行室内三轴试验,通过对比分析室内试验与数值模拟结果,验证土体宏细观参数标定结果。(3)基于三维离散一连续耦合法,建立新建隧道下穿既有盾构隧道数值模型,研究下穿施工全过程既有隧道沉降规律,对影响既有隧道沉降的夹层土厚度、隧道埋深、新建隧道洞径和地层参数这四个因素,建立相应数值模型,分析这些因素对既有隧道沉降变形的影响规律。(4)采用三维离散一连续耦合法对夹层土在下穿施工扰动下的变形与破坏特性进行研究,得到夹层土的变形塌落过程,分析夹层土塌落形式,研究夹层土颗粒粒径、弹性模量、泊松比和内摩擦角对其变形以及夹层土与既有隧道之间的脱离长度的影响,得到夹层土力学参数与脱离长度之间的关系。(5)结合具体工程实例,根据现场监测既有隧道沉降变形数据,绘制沉降曲线,分析沉降规律,并对工程实例进行数值模拟分析,对比现场监测与数值模拟分析结果,对本文研究进行验证。