工程实践表明,在含有孤石的全风化地层进行隧洞开挖,孤石会对隧道地层移动产生显著影响,目前,针对隧道孤石地层的研究大部分集中在对孤石的探测以及孤石引起的工程事故的预防与处理,而对孤石所引起隧道地层移动特性及其变形机制研究较少,论文以佛清从高速公路Ⅱ标段石牛岭隧道出口段为依托,通过理论分析、现场观测试验以及数值模拟分析,开展了含孤石全风化隧道洞口段地层移动特性研究,主要研究结论与成果如下:(1)开展了含孤石全风化地层移动分布规律测试与结果分析,研究发现分布在敏感部位的孤石会隧道的拱顶沉降产生显著影响,临近孤石断面拱顶沉降更大,但孤石对隧道水平收敛值影响较小,孤石分布在隧道拱腰位置时,相应的地表沉降最大值发生了一定的偏移,并非出现隧道中轴线,研究结果表明Peck公式法对于离孤石较近的断面的地表沉降预测适用性较低。(2)建立了含孤石地层隧道开挖数值模型,开展了孤石对隧道地层移动影响与支护结构受力特性影响分析。计算结果表明,隧道地层中的孤石会对地表沉降产生影响,有孤石地层地表沉降明显大于无孤石地层,地表沉降随着孤石尺寸的增加而增加;随着孤石至隧道边界距离的增加、埋深的增大,地表最大沉降值减小;孤石位于拱腰时,地表最大沉降点向孤石方向发生了偏移。(3)孤石对隧道支护结构受力特性影响分析表明,孤石位于拱顶上方时,拱顶处弯矩、剪力明显增大,而轴力无明显变化。弯矩和剪力随着孤石尺寸的增大而加速增大;随着孤石至隧道边界距离的增大,其对支护结构弯矩和剪力的影响逐渐减弱,而对支护轴力影响不明显。(4)开展了孤石敏感分布位置的正交分析,孤石地层模型所选取的四个影响隧道地表沉降的因素当中,对隧道地表沉降大小的影响程度依次为隧道埋深(覆跨比)、孤石尺寸、孤石方位角、孤石距隧道边界距离。(5)围绕含孤石全风化地层,针对隧道洞径、隧道埋深、隧道断面收敛以及地层影响角,基于随机介质理论分析研究了隧道开挖时所引起的地表沉降分布规律。结果表明,隧道地表沉降的最大值随着隧道洞径、隧道收敛值及地层影响角的增大而增大,随着埋深的增加而减小。(6)孤石位于典型敏感部位时,基于随机介质理论与不均匀收敛模式,建立考虑3种变形模式叠加的浅埋、孤石地层隧道地表沉降预测模型,根据该模型得到的隧道地表沉降曲线与现场实测有较高的拟合度。