地下工程作为现代工程中的重要领域之一,其主要特征表现为在已赋存的应力场中通过开挖、支护等工序形成结构。地下结构不仅承受周边地层的变形荷载,同时其变形也受到地层的限制约束。而目前地下结构设计中,通常采用以经验围岩分级为主,以数值模拟得到其应力和应变分布为辅的设计方法。与地面结构设计方法中稳定表征指标的成熟性相比,本文针对现代地下结构设计方法中缺乏物理意义明确的表征指标不足之处,结合收敛-约束原理来开展研究。基于收敛-约束原理的地下结构稳定性分析方法,该方法主要涉及到地层、支护两方面。地层方面由于赋存环境及岩体力学变形机理复杂而难于确切判断,因此利用围岩特性曲线描述开挖后周边地层的力学机理和变形特性;而支护结构构建方面则(多数以锚杆、喷射混凝土以及钢架等支护材料进行构建)相对比较固定。本文根据收敛-约束的基本原理及重要因素,具体研究内容如下:首先,根据国内外已有的研究成果,较为全面地阐述了收敛-约束原理的基本原理、主要构成因素、研究现状及其发展历史。以经典的圆形洞室进行弹塑性分析,选取力学开挖效应满足Mohr-Coulomb准则的Kastner公式及Duncan公式构建围岩特性曲线方程。其次,分析支护结构中支护单元对围岩的作用机制以及各自相应的力学特性,构建了联合支护中锚喷支护的支护特征曲线,确定了锚喷支护的联合刚度方程、最大支护压力方程及支护特征方程。再有,在构建围岩收敛曲线和支护特征曲线的前提下,综合考虑除两者之外的其他收敛-约束原理的构成因素,依据荷载和图示原理导出地下结构的稳定系数。通过工程实例对新方法的实现过程进行了展示。分析了围岩力学参数变化对两者稳定系数的影响,对比了各自稳定系数的差异性。最后,开展室内模型试验工作。进行了模型相似材料配比设计、强度分析、不同地层类型的模拟、地层开挖后应力-应变分布情况的量测等工作,结合理论对实测所得数据进行了分析验证。