چکیده: صنعت استخراج از معادن و حفاری تونل ها نیاز به انجام تجزیه و تحلیل پایداری در طول حفاری آن‌ها دارد. حفاری زیرزمینی باعث ایجاد تغییر در تنش زمین شده و با این تغییرات، حرکات زمین در مناطق اطراف آن ایجاد می‌شود که ممکن است این حرکات باعث ایجاد جابجایی در سقف و دیواره تونل -شود. منحنی عکس العمل زمین ابزاری قدرتمند برای توصیف این جابجایی بوده که به‌طورگسترده ای در روش تونل سازی جدید مورد استفاده است، با این حال راه حل های تحلیلی موجود تنها تحت شرایط همسانگرد برای تونل عمیق قابل اجرا است. منحنی واکنش زمین را می توان به عنوان یک منحنی توصیف کاهش فشار درونی و افزایش جابجایی شعاعی دیوار تونل تعریف کرد. به وسیله منحنی عکس العمل زمین می توان میزان جابجایی سقف، دیواره و کف تونل را به دست آورد و با توجه به میزان جابجایی می توان میزان صلبیت سیستم نگهداری را تعیین کرد. با توجه به این منحنی بهترین زمان نصب سیستم نگهداری را نیز می توان مشخص نمود. با توجه به در نظرگرفتن فرضیات اساسی در رسم منحنی عکس‌العمل زمین و اختلاف نتایج در روش های تحلیلی و عددی، در این تحقیق محدودیت های روش منحنی عکس العمل زمین در شرایط مختلف بررسی شده است. تحقیق با مطالعه تحلیلی آغاز شده، پس از آن با کمک یک مدل عددی دو بعدی، مقایسه‌ای بین نتایج راه حل تحلیلی و راه حل عددی برای منحنی واکنش زمین در اعماق 10، 20، 35، 100، 200 و 400 متر، در نسبت تنش‌های برجا 0.5، 1، 1.5 و 2 و در سه نوع سنگ با پارامتر‌های مقاومتی سخت، متوسط و ضعیف انجام شده است. روش تحلیلی با معیار شکست موهر- کولمب و روش عددی با نرم‌افزار FLAC بررسی شده است که با توجه به نسبت نتایج روش عددی به تحلیلی در شرایط مختلف، محدودیت‌های منحنی عکس‌العمل زمین در روش تحلیلی به‌دست آمد که برای عمق‌های بسیار کم جواب دقیقی نمی‌دهد و نسبت جابجایی در دیواره به روش تحلیلی با توجه به نمودار‌های به‌دست آمده دقیق‌تر از جابجایی در سقف به روش تحلیلی است. علاوه بر این، برای حل مشکل روش تحلیلی سه معادله‌ی تجربی برای جابجایی دیوار تونل در محیط الاستیک و پلاستیک و تاج تونل در محیط الاستیک، پس از محاسبات و استفاده از رگرسیون دو گانه در نرم‌افزار Excel به‌دست آمده که با نتایج عددی مقایسه شد که در محیط الاستیک نتایج کاملا با روش عددی مطابقت دارد. در نهایت مطالعه موردی در تونل البرز انجام گرفت، تونل‌های البرز شامل دو تونل و یک تونل سرویس (بین دو تونل) است. در حال حاضر حفاری و تحکیم تونل سرویس به روش مکانیزه توسط TBM به اتمام رسیده است. تونل البرز به طول 6387 متر به‌عنوان طولانی‌ترین تونل راه کشور در حال احداث است. قطر دهانه تونل 13.6 متر و ارتفاع آن 9.5 متر است که با احداث این تونل‌ها مسیر 12 کیلومتری فعلی جاده چالوس با پیچ‌های خطرناک تبدیل به 6 کیلومتر جاده امن می‌شود، حداکثر ضخامت روباره مسیر تونل حدود 850 متر است. در متراژ 5500 متری تونل البرز، منحنی عکس‌العمل زمین با توجه به نسبت تنش برجا زمین تخمینی برابر 1، رسم و با نتایج قبل مقایسه شد که نسبت جابجایی در دیواره به روش تحلیلی جواب دقیق‌تری نسبت به جابجایی در سقف به روش تحلیلی داشت، همچنین با توجه به فرض دایره‌ای بودن تونل در روش تحلیلی، مقطع تونل به شکل دایره شبیه‌سازی شد که جابجایی‌ها در مقطع تونل کمی بیش‌تر از جابجایی در مقطع دایره شد ولی با توجه به اختلاف کم در مقطع تونل و مقطع دایره، نسبت جابجایی‌ها قابل قبول بود.