随着水工、矿山、铁路、公路等领域工程向着深部发展,岩爆及围岩动力失稳破坏的频次和强度日益增加,已成为制约深部安全生产的瓶颈问题。本文基于这一工程现状,以确保高应力、强烈动力扰动作用下隧道全生命周期的安全稳定为目标,开展了深埋隧道岩爆预警及围岩动力破坏机理研究。论文从岩爆预测模型构建、岩爆微震前兆挖掘、以及隧道动力破坏机理等方面开展系统研究,取得的主要研究成果如下:(1)针对325组岩爆工程案例,引入9种经典机器学习算法,建立了9个考虑多因素的岩爆预测模型,发展并完善了岩爆预测方法。模型训练过程中,采用空值填充、重采样等多项数据预处理技术对数据进行清洗、归一化及降维,并采用网格交叉验证技术获得模型最优参数。检验结果表明,所建模型的预测效果远好于单纯依靠理论判据所得的结果。最后,结合理论判据及本文模型对多雄拉隧道进行了岩爆倾向性分析,结果与现场情况具有较好的一致性。(2)基于西藏多雄拉隧道微震监测结果,揭示了TBM施工隧道围岩失稳过程中微震活动特征及岩爆的定量前兆信息。提出了基于微震活动时空异常与b值(震级-频度曲线直线段斜率)演化的围岩失稳预测方法,建立了微震活动与TBM掘进之间的关系,基于双差成像技术识别了围岩开挖损伤区。揭示了岩爆孕育过程中微震活动频谱、震级-频度关系演化特征,并基于临界点理论表征了岩爆前能量加速释放程度。结果表明,岩爆前兆主要表现为微震活动在一定区域异常聚集,伴随着明显的能量加速释放及微震信号主频、b值的降低。(3)采用数字图像相关(DIC)技术,试验研究了动力扰动作用下隧道围岩的变形破坏特征,考虑了隧道断面形式、侧压力系数、超欠挖、断层及动力扰动作用方向等因素的影响。采用裂纹密度衡量试样破坏程度,试验结果表明,足够大的静荷载是隧道动力失稳破坏的先决条件;侧压力系数的作用不是单调的,而是取决于它的取值与1的关系;边界粗糙的超欠挖区域由于较大的应力集中会产生更严重的动力破坏;断层对隧道围岩动力破坏的影响取决于断层倾角及其与隧道的距离;动力扰动作用于较大的静应力方向时,造成的围岩破坏最严重。