随着国家建设的大力发展,越来越多的工程面临下穿黄土地层的问题,而黄土性质特殊,随着黄土隧道断面的增大,隧道开挖难度急剧增加。为了保证大断面黄土隧道施工过程得以安全进行,施工质量满足要求,论文以银西铁路环县一号隧道为工程背景,进行了隧道深、浅埋界限值的确定,采用数值模拟和现场监测相结合的方法,研究不同开挖方式、不同工艺参数条件下,黄土隧道施工过程中隧道围岩和支护结构的力学特性和变形变化规律;基于损伤统计理论推导了Q2黄土的本构模型,给出了适用于Q2黄土隧道的围岩稳定性判断方法。论文主要工作及研究成果如下:(1)针对黄土隧道深、浅埋判定问题,研究了适合于大断面黄土隧道的深、浅埋判定方法;对银西铁路环县一号隧道的深、浅埋界限值进行计算,确定了隧道不同围岩段的深、浅埋界限值,将隧道DK372+862~DK372+922段确定为环县一号隧道的施工重难点。(2)利用有限元软件对大断面隧道穿越超浅埋黄土地层施工进行研究,分析不同施工方案隧道的拱顶沉降、净空收敛、地表沉降以及支护结构受力的变化规律;研究黄土大断面隧道不同施工方案的优劣势,引用“应力三维度”概念,分析隧道开挖过程中的围岩受力情况,确定了大断面黄土隧道围岩受力的危险位置。(3)通过有限元软件对隧道三台阶七步开挖法施工进行方案优化,并与现场监测数据进行对比,分析不同工艺参数条件下,黄土隧道围岩和支护结构的受力及变形规律,研究现场监测和数值模拟结果误差的原因。在此基础上,综合考虑数值模拟和现场监测结果,给出了隧道三台阶七步开挖法施工的参数优化方案。(4)基于对现有黄土本构模型分析的不足,假设黄土微元强度服从复合幂函数分布,采用统计学的方法建立了能够反映不同含水量和不同围压条件下Q2黄土的应力-应变本构模型;根据Q2黄土的力学特性和已有试验结果,确定了Q2黄土的模型参数;基于已有试验结果,对构建的Q2黄土的本构模型进行验证,证明了建立的本构模型的合理性和正确性。(5)总结了现有的围岩稳定性判定方法,分析了现有判定方法中存在的不足,基于构建的Q2黄土损伤统计本构模型,结合围岩极限应变判断法,提出了适用于Q2黄土地层的大断面隧道围岩稳定性的判定方法。