中文摘要：

本研究针对当前隧道开挖面稳定性分析中所存在的一些问题（破坏形式多样、滑移面函数非凸或滑移体区域闭合等），通过将机动许可的速度场和静力许可的应力场的构造转变为桁架结构拓扑优化布局的形式，采用点阵格栅离散方式，建立以非连续面（能量耗散）的布局为手段的优化问题，最终借助二阶锥形规划的原-对偶变步长内点法进行求解；并进一步引入孔隙水压力比系数，探讨地下水位对隧道开挖面稳定性的影响。在此基础上，通过模型试验和非接触粒子图像测速技术完整描述隧道开挖面的位移场或速度场，以便验证分析方法的准确性和有效性。本研究成果将进一步拓展极限定理的应用范畴，为隧道开挖面稳定问题提供一种新颖、快捷、有效的分析方法。