物理模型试验较为直观，能够定性或者定量的分析出和地下洞室有关的岩土体的受力情况。鉴于压力拱理论在散体材料的岩体中的应用，而砂土体的粘聚力很小可以作为散体材料的优点，从物理模型试验的技术研究着手，把砂土作为模型土的材料，通过设计洞室、衬砌模型并采用先进的图像采集系统进行洞室模型的加载试验。将获取的图像数据用专门的图像处理软件Strain Master及PIVview2C进行处理分析，根据计算结果对洞室加载引起的围岩变形规律做了定性分析，并结合数值模拟的计算结果和模型试验的结果进行了对比验证，结果表明：本文设计的模型试验系统用于研究对洞室的均布荷载所引起的周边土体内部变形机理是可靠的。主要研究内容及创新点如下：　　一、研究内容　　1、通过室内试验测定了砂土的物理力学性质指标，对砂土的基本物理力学特性进行了研究，试验结果表明：所采用的砂土比较均匀，级配良好，具有与自然土相似的物理力学性质。　　2、设计了洞室模型试验方案，采用光学测量及PIV图像处理技术获得了加载引起的洞室周边土体的变形规律，验证了试验方案的合理性，表明该测量系统完全适合用于加载所引起的洞室周边土体二维变形场的可视化研究。　　3、通过模型试验，对均布荷载引起的洞室周围土体的变形规律做了定性分析，获得以下主要结论：　　①当洞室处于一倍洞径埋深时，圆形洞室在均布荷载作用下，位移场矢量图是关于竖直直径对称的，离洞室越远，位移矢量越小，由位移云图可以看出洞室顶部最大位移的等值线呈现出拱形，越靠近洞室的区域位移越大，围绕着洞室的位移等值线均出现了“拱形状”，洞顶处的位移最大，向外逐渐的变小，但它的形状都大致为拱形，即岩石力学里的“压力拱”现象。加大埋深，当洞室处于二倍洞径埋深时，洞室顶部周围区域位移矢量都很大，并且位移矢量的方向仍是大致的竖直向下，也有一部分发生了偏移。从位移云图上也可以看出，在洞室顶部区域位移最大，越往洞室的两侧位移越小，但关于洞室的竖直直径仍大致是对称的。由于模型尺寸及测量范围的限制，未见完整的“压力拱”现象。继续增大埋深，当洞室处于三倍洞径埋深时，由于洞室埋深较大，试验采用的模型箱承载力有限，上覆压力无法有效传递到洞室模型周围，因此未能获取位移矢量场。当洞室周围有断层存在时，断层周边土体的位移量较大，断层的下部区域的土体受断层的影响，也出现了较大的变形，并且断层周边土体的位移矢量的方向不是竖直向下，而是向断层的倾斜方向偏移，断层的存在对洞室围岩的变形有很大的影响。　　②根据物理模型试验的结果，开展物理模拟与数值模拟对比分析。数值模拟计算结果与物理模型试验结果基本吻合，而物理模拟的结果和岩石力学理论也是相符合的，表明该测量系统完全适合用于加载所引起的洞室周边土体二维变形场的可视化研究。　　二、创新点　　1、当前运用物理模型试验的方法对洞室模型的研究较多，但将PIV测试技术应用于洞室模型试验还未见公开报道。　　2、由于模型试验的复杂性，PIV测试技术可有效改进现有模型试验的测试方法。