随着城市的发展,人们对地下工程的需求越来越大,而地下工程往往需要开挖隧道。如果不采取防护措施,隧道开挖可能对附近结构的使用性能和极限状态要求构成威胁。由于对隧道开挖对结构的影响缺乏详细的了解,通常规定使用昂贵的保护措施。目前国内外对桩-土-隧道相互作用的研究大多是以隧道开挖过程为研究对象,而对土体损失率本身的关注有限,并且模型试验研究中由于天然土体的性质导致其可视化程度较低,而不能得到完整准确的变形场。本研究将人工合成透明土材料和粒子图像处理技术结合应用到桩-土-隧道模型试验中,自行设计了包括光学平台、模型箱、排水管系统、片状光源激光器、工业CCD相机等在内的3D试验测量系统,对隧道开挖过程中周围土体三维位移场进行非插入式测量;并通过有限元分析软件Plaxis 3D对人工合成透明土模型试验进行了重要参数的敏感分析。结果表明:1)垂直和水平位移模式是土体形成/维持起拱机制能力的结果。2)土体损失率变化对沉降槽的形状有显著的影响。3)土体体积损失Vl,s与隧道体积损失Vl,t相关,作为标准化深度z/zt的函数。结果表明Vl,s的变化是显著的。4)隧道盖径比C/D不变情况下,土体损失率Vl越大,Vs越大,最大位移Xmax越大,近似成线性正相关。5)隧道中心线最大沉降量随Vl,t的增大而增大。6)浅埋隧道沉降场宽度一般随C/D比的增大而增大,随Vl,t的增大而减小。7)桩长较大的砂,体积损失大时,土拱明显,减小了隧道体积损失向地表扩散的趋势。在短桩及无桩情况中,土体没有形成闭合的拱,隧道肩处有近垂直的耳形剪切带。隧道上方的土体作为一个近刚体向下移动（靠近隧道中心线没有剪切应变）。短桩及绿地条件下土体无法形成拱形。短桩的沉降场与桩的沉降场有质的不同。8)最小压力发生在不同的体积损失率的数值,取决于C/D。C/D越大对应于最小压力转折点的Vl,t越高。