突涌水灾害是隧道工程建设过程中的主要工程地质灾害之一。深埋隧道施工穿越富水断层破碎带时,由于开挖扰动和地下水圧的共同作用,往往会发生滞后型突水,而滞后型突水由于其突水量大、危害程度高、难以准确预报的特点,一直是国内外研究的重点和难点。正确认识隧道断层滞后突水的机理是减少和控制突水灾害、保障隧道建设安全的基础。本文采用数值模拟和模型实验相结合的研究方法,研究断层不同结构构造、含水层水压、初始渗透率、断层宽度及断层倾角等因素对突水滞后性的影响规律,取得了一些研究结论:(1)采用CFD软件Fluent,构建了由土骨架(固定颗粒)、可动颗粒相及水相构成的充填体结构,来模拟断层结构。研究了不同充填体结构内水相的运移特征,初步获得了水相在不同充填结构内的分布情况,并得到了渗流时间随初始水速和动力粘度的变化规律。(2)基于Darcy-pde耦合方程,对破碎岩体的渗流过程进行了分析,得到了孔隙率、渗流速度和涌水量在渗流过程中的变化规律以及渗流通道在渗流发展过程中的分布情况。(3)采用多场耦合分析软件COMSOL,基于Richard方程和Darcy方程建立了隧道断层破碎带滞后突水模型,对滞后突水过程进行了分析,得到了有效饱和度、水压等在突水过程中的变化规律,揭示了含水层水压、初始渗透率、断层宽度及断层倾角等因素对突水滞后时间的影响规律。(4)研制了大型降雨及地下水渗流作用下隧道多功能模型试验系统,该模型试验系统主要由模型箱体、加载系统和数据采集系统组成,首次运用该系统开展了断层破碎带隧道突水突泥及时滞效应研究,获得了加载和开挖过程中渗透压、土压力及位移的变化规律,揭示了隧道断层破碎带滞后突水机理。