围岩是隧道工程的主要研究对象。围岩的变形破坏模式是隧道工程设计研究人员一直都重点关注的问题,其对隧道设计时围岩荷载的确定、支护参数的选择及施工方案的确定具有重要意义。砂性隧道围岩主要由砂性土构成,具有松散、破碎和黏聚力低等特性。其塌落破坏具有突发性难以进行预测,且具有不可控性一旦发生灾害会迅速蔓延造成巨大的工程事故。当前普遍采用的基于连续介质理论的研究方法不再很好地适用于离散性较大的砂性隧道围岩,因此有必要引入非连续介质理论来研究。针对这一难题,选择基于离散元理论的克服了小变形限制并允许岩体发生滑移和塌落的颗粒流数值软件PFC2D。其可以模拟出土颗粒间黏结破坏引起的颗粒分离及大变形情形,帮助我们从细观角度研究材料变形及力学特性。围绕砂性隧道围岩破坏模式这一主题进行研究,主要工作和成果如下：(1)基于PFC2D的双轴试验进行砂土PFC细观参数试算。建立试算样本数据库,以期找到和砂土宏观物理力学参数对应的PFC细观参数。进行细观参数对宏观参数的影响性分析,定性分析了各个细观参数对宏观参数的影响。(2)对试算样本数据库进行灰关联分析,建立砂土宏细观参数之间的关联度序列。从定量的角度给出了砂土宏观参数对其PFC细观参数的敏感度分析,对各个细观参数进行分级,找出了各个宏观参数的主细观参数、次细观参数和不敏感参数。(3)将BP人工神经网络应用到细观参数标定,建立并检验可以预测出与目标宏观参数相对应的PFC细观参数的神经网络。基于试算数据库设计并训练BP神经网络。经检验,预测结果满足误差允许范围。说明设计和训练良好的BP神经网络可以进行PFC细观参数预测工作。(4)使用标定得到的砂土PFC细观参数进行砂性围岩中的隧道开挖模拟,研究其破坏模式。首先采用AC/DC方法进行模拟,设置不同的初始地层应力和侧压力系数并在开挖后进行围岩应力监测；然后在地层自重应力状态下模拟隧道开挖,对比深浅埋隧道的塌落破坏过程并描绘塌落拱和压力拱的动态发展过程。(5)砂性隧道围岩自稳能力差在开挖后随即塌落,其变形破坏是一个渐进式发展的过程。围岩初次稳定后会在短时间内随着自身变形发展和应力重分布发生下一次更大范围的变形破坏。再次稳定后循环这一过程,围岩不断向更稳定的状态发展。在整个过程中,压力拱的发展趋势与塌落拱发展相协调。