我国层状构造的岩层所占比例大,隧道选址不可避免的会遇到近似水平层状岩层。在此类岩层中的隧道塌方事故屡见不鲜,尤其常出现施工人员被困的“关门式”塌方,此类塌方的特殊性、可救援性都预示着对其研究刻不容缓,势在必行。基于此,本文以近水平岩层为前提基础,通过相似模型试验,开展近水平岩层下隧道“关门式”塌方试验机理研究。本文以竹林坪隧道塌方事故为借鉴工程,综合采用相似模型试验、有限元数值模拟等研究手段,对隧道“关门式”塌方试验机理进行了探索性研究工作。论文主要工作内容如下:(1)通过查阅文献资料,对隧道塌方影响因素、层状岩体研究现状、隧道围岩稳定性研究现状及层状岩层下的隧道塌方破坏模式等多方面进行了研究总结,以此为基础对隧道塌方现状进行了深入了解,确定了“关门式”塌方研究的重要意义,明确了研究思路,并提出了与此课题相对应的研究内容及研究方法;(2)在文献查阅的基础上,根据研究内容及研究思路,设计了适用于本课题的试验方案,建立了“关门式”塌方试验机理研究方法。依据相似模拟试验理论,以IV级围岩为例,按层厚划分工况,分别开展层厚5cm、10cm、15cm三种工况的相似模型试验。通过试验采集了整个加载破坏过程中围岩及支护的位移数据、应力应变数据、并记录了各工况各级荷载下相应的破坏部位及整体破坏发展趋势,综合数据处理及现场试验情况,分析总结了支护和围岩的位移、应力变化规律;(3)采用有限元软件ANSYS,以原型大小建立模型试验的有限元模型,模拟了相似模型试验过程,通过对模拟结果提取数据进行分析,研究了在隧道纵向空间上支护结构的位移、应力变化规律,围岩应力位移变化规律、塑性区发展分布规律,并以此作为对室内相似模型试验的补充验证;(4)在水平岩层受力破坏的基础上,结合隧道掌子面“空间效应”理论,通过室内相似模型试验及有限元模拟的综合分析结果,对近水平岩层下隧道“关门式”塌方试验机理进行了研究分析。