全断面隧道掘进机(TBM，Tunnel Boring Machine)在掘进效率、建设周期、工程造价、施工安全、围岩稳定等方面具有显著优势，被广泛应用于深长隧道和矿山深部巷道建设中。目前，TBM最适宜在中硬岩隧道中掘进，破岩效率高，围岩稳定性好。然而，在地质条件复杂、高地应力地区，容易出现卡机、埋机、岩爆等重大工程事故。高山峡谷区特殊地质环境、多期次构造活动强烈影响，导致深长隧道与深井巷道地质条件复杂，地质结构多变，形成深部软、硬复合地层，对TBM安全掘进施工构成挑战。因此研究深部复合地层的力学性质对深长隧道TBM掘进具有重要意义。　　本研究从深部复合地层角度出发，在实验室内采用水泥与纯白高岭土作为原材料，人工浇筑软、硬叠置型复合地层模型样品。利用先进的GCTS三轴动态测试系统对复合地层模型样品开展单轴及三轴压缩力学试验。同时结合有限差分FLAC3D数值模拟，研究不同围压、软硬层厚度比对复合地层力学性质的影响。研究表明:人工制作的复合地层可以满足强度差异要求;随着围压升高，复合地层会出现应变硬化，之后由于软硬岩不协调变形，应变硬化消失，软岩中的不规则裂纹增多;若不考虑结构面等因素，深部复合地层力学性质由占比多的岩性决定;数值模拟与试验得出的应力-应变曲线具有相似的趋势，都表明深部复合地层的变形主要发生在软岩部分。　　从大尺度地下工程围岩角度出发，利用FLAC3D模拟不同围压、不同软硬岩厚度比、不同软硬岩排列方式，以及不同侧压力系数下TBM在深部复合地层中掘进时的围岩位移、主应力、塑性区分布特征。位移云图表明:随着埋深的增加，隧道围岩稳定性变低;上软下硬型围岩稳定性比上硬下软型的要低。主应力云图表明:软岩的最大主应力差异比硬岩的小，最大主应力高值分布在边墙中部附近，低值分布在顶板与底板处。塑性区分布图表明:软岩的塑性区分布范围比硬岩大，并且软、硬岩接触区的塑性区分布呈过渡状态。此外，还得到一个重要结果:对于纵向型复合地层，远离软、硬岩交界区，软岩变形增加，硬岩变形减小，这导致远离交界区，软岩易发生挤压变形，硬岩可能发生岩爆。　　最后通过对依托的典型深部复合地层TBM工程开展地形地貌、地层岩性、地质条件调查，以及隧洞围岩软岩、硬岩、岩爆样品的物理力学性质分析，结合深部复合地层力学性质的理论研究，分析预测该隧洞工程可能会出现的工程地质问题。现场施工记录表明作者的推测较为合理，验证了关于深部复合地层力学性质研究结果的准确性。