近年来,随着我国城镇化进程的加速,城市地下工程快速发展,在建的城市轨道交通线路总长已超过500公里。然而,国内外城市地下工程在建设和服役期间安全事故频发,不仅带来较大经济损失、威胁城市生产与生活,甚至造成严重的社会影响。富水砂层中的地下工程极易因水土流失导致灾害的发生;然而,目前在漏水漏砂引起土体变形与致灾机理方面,尚缺乏系统研究。本文首先利用有限差分方法对隧道漏水问题进行精细化分析,将隧道漏水位置划分为八个区域,研究了不同位置漏水对周围土体及相邻隧道的影响。研究表明,漏水位置越低,隧道及地表沉降越明显;相邻隧道的存在会使隧道漏水引起的地表差异沉降增大。随着漏水的发展,漏水漏砂将会发生。本文利用自行设计的漏水漏砂可视化试验设备对不同级配砂土进行试验,研究了漏水漏砂量及土体变形发展规律;基于试验结果,建立了简化理论模型,提出了可快速预测漏水漏砂引起地层变形范围的简化理论公式并进行了参数分析;利用PFC-CFD方法,对漏水漏砂问题进行了数值模拟,揭示了土体流失过程中细观参数的发展规律。研究表明,漏水对漏砂的影响体现在加快土体流失速度和增大土体变形范围两个方面;随着土体的流失,正态分布曲线对于地表沉降槽的拟合优度逐步降低;漏水漏砂引起的土体运动范围可以用松动椭圆进行描述;漏水漏砂过程始终伴随着土拱的形成与破坏。随着缝隙宽度的增大,地下结构将会经历漏水、土体侵蚀、漏水漏砂的灾害发展过程。通过试验,得到了标准砂与天津细砂在不同水压下的管片接缝临界张开量,提出了便于实际应用的考虑水压及接缝张开量的土体状态评估方法,并对土体侵蚀质量的影响因素进行了分析。研究表明,土体的逐步侵入会使弹性密封垫水密性降低;有效应力越大、水压力越小、张开量越小,土体侵蚀质量越少。土压平衡盾构在施工过程中,螺旋输送机喷涌是较为常见的水土流失灾害,将有限差分方法和解析方法进行结合建立了简化理论模型,提出了对螺旋输送机喷涌进行预测与评价的方法。通过与实际工程进行对比,验证了所提评价方法的合理性。