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关山隧道位于甘肃省天水市与平凉市交界地段，隧道全长15600m，埋深范围为600m～800m，岩性为硬脆性闪长岩，岩质坚硬，开挖前岩体结构较完整，岩体质量较好。在大埋深高地应力洞段，隧道开挖后频频出现强烈的变形破坏现象，岩体质量弱化严重。 为了深入探讨大埋深高地应力下关山隧道硬脆性围岩的变形破坏特征，本文通过现场考察和试验，室内试验和理论计算分析，将统计结构面和空间RQD结合分析了隧道围岩的潜在不稳定块体分布特点，基于结构面统计结果评估了围岩各向异性及其围岩劣化程度。在微观上，通过矿岩鉴定和扫描电子显微镜分析，寻找诱发变形破坏的矿物成分及微结构特性;在宏观上，利用自行研发的钻孔电视获得结构面影响下开挖围岩渐进变形破坏的直接证据。针对应力场改变下微结构和结构面各向异性对岩体变形破坏的影响，设计了变压力大小和方向的单轴压力试验，分析了关山隧道硬脆性围岩的变形破坏特征。随后，本文采用统计岩体力学理论，充分考虑了开挖揭露的岩体结构面各项参数，将结构面影响下的岩体各向异性纳入围岩分级调整。 主要结论及建议如下: 1.作为青藏高原向内陆扩张的前缘部位，关山隧道工程位于构造活跃，运动速率较大，且方向变化也相对显著的六盘山挤压隆升构造区。在大埋深洞段，受构造挤压影响，隧道围岩的水平构造应力较高，且经历过多次强烈构造活动，开挖后岩体结构完整性变差。 2.关山隧道围岩为具有各向异性特征的硬脆性岩体。岩石成分及微观结构分析表明，岩体主要以硅酸盐矿物为主，岩质较为坚硬。硅酸盐矿物在微结构上具有定向性的板片状结构，各向异性明显，部分结构面表面绿泥石遇水后软化，导致岩体强度显著减弱，使得岩体在结构承载力和强度上具有方向性差异。 3.优势结构面组合决定了围岩的破坏部位。结构面统计发现，围岩中发育三组优势结构面，J1:60°∠80°，J2:251°∠34°，J3:210°∠70°。统计岩体力学分析表明，隧道开挖后在左右拱肩、拱底和拱顶范围内出现RQD相对低值区域，容易形成潜在不稳定块体。 4.开挖扰动下结构面的迅速发育是导致围岩力学性质显著弱化的主要原因。在相隔约6小时的两次钻孔电视试验中发现，开挖后围岩发生了渐进变形破坏，掌子面前方3m围岩范围内，左侧孔腔内的裂隙平均增长率为200％，右侧孔腔内的裂隙平均增长率为400％，特别是在右侧孔进尺110cm～130cm范围内，裂隙增长率超过了600％，新老裂隙迅速发育导致围岩强度和结构的强烈劣化，卸荷带成型并呈深扩趋势。 5.变压力大小和方向的单轴压力实验表明，岩块微结构和结构面的各向异性使得试样在模拟开挖后应力场变化的多轮变向变力加载过程中，从无明显裂纹，裂纹隐现，发展到裂纹明显发育扩展并最终贯通破坏。在整个实验过程中，岩块试样尽管裂纹缺陷发育扩展，但宏观上变形幅度较不明显，说明闪长岩岩质坚硬，强度较高，同时具有脆性，弹性模量较高，体现了自身结构良好的承载性。考虑尺寸效应，岩体强度比实验中的岩块强度更低，结构面影响下的各向异性更为显著，在大埋深高地应力隧道开挖后应力场剧烈变化时，围岩更容易发生变形破坏。 6.深部硬脆岩体主要发生因开挖诱导应力场变化下的卸荷松动圈变形破坏，结构面控制下的岩体各向异性加快了该过程。在深部工程实践中，岩体强度参数评价应考虑变压力大小和方向的压力试验结果。 7.开挖后围岩的质量级别应当进行合理调整。本文应用统计岩体力学方法对围岩力学参数和质量级别的分析表明，在三组优势结构面发育的部位，调整后的围岩质量等级非常差，属Ⅴ级;在主要以J2和J3发育的部位，围岩质量等级为差，为Ⅳ级;在主要以J1和J2或J1和J3发育的部位，围岩质量等级为一般，为Ⅲ级。由此可见，开挖前隧道围岩级别划分是难以指导开挖后工程实践的。 8.统计岩体力学方法充分考虑了开挖揭露的岩体结构面参数，并将结构面影响下的岩体各向异性量化描述，从结构面参数获得岩体分级参数，围岩分级调整结果如实反映了开挖后围岩变形破坏情况，具有合理性。