结构周围地层不仅能对地下建筑结构施加荷载，同时地层自身亦能承受荷载，地层参与结构一起组成共同受力整体，形成隧道及地下工程稳定状态。该方法不仅可计算地下结构的内力变形，同时可计算周围地层的应力与变形，因此，应用地层结构法可考虑隧道及地下工程围岩地层的稳定性影响。计算过程主要包括地层模拟、结构模拟、地层结构相互作用模拟、地下工程施工过程模拟等几个部分，计算以数值分析方法中的有限单元法、有限差分方法为主。

采用数值分析方法，地层模拟的关键问题是模拟地层应力应变发展的本构关系选择。主要有弹性本构关系与弹塑性本构关系两大类别。按应力应变关系曲线斜率变化与否，弹性本构可分为线弹性模型（如虎克模型，Hooke's Law）与非线性弹性模型（如邓肯张模型，Duncan-Zhang Model）。弹塑性本构关系主要由屈服准则与硬化准则决定，其中屈服准则较常见的有德鲁克布拉格（Drucker-Prager）准则与摩尔-库仑（Mohr-Coulomb）准则，硬化准则较常见的有椭圆形硬化准则（即剑桥模型准则，Cam-clay Model）与双曲线型硬化准则（即硬化土体模型，Hardening Soil Model）。将时间引入弹性、弹塑性本构模型中形成黏弹性或黏弹塑性本构模型，用于计算地层与结构相互作用的长期力学效应。地层通常采用连续体有限单元进行离散化模拟，单元通常可分为三角形单元与四边形单元。根据位移型函数阶数确定单元节点数量进行模拟。

采用数值分析方法，相比较于地层模拟，地下结构的模拟通常采用弹性本构关系。针对混凝土衬砌结构，通过杆单元、梁单元、壳单元等离散化模拟。针对隧道衬砌结构间接头，通常采用自由铰单元、弹性铰单元、三向弹簧不连续变形单元进行模拟。

结构与地层相互作用通常采用接触面单元模拟，接触面采用无厚度节理单元（古德曼单元，Goodman element），不考虑法向和切向的耦合作用，接触面应力应变关系通常采用弹塑性非线性关系进行模拟，主要采用摩尔库仑屈服准则。

地下工程开挖施工的模拟可通过在开挖边界施加释放荷载并通过等效节点力反向施加的方式进行模拟。施工过程根据工程实际情况分为若干施工步，每一施工步根据计算迭代收敛情况可分为若干增量步。增量步施加释放荷载过程中，部分地层进入塑性状态后将过量塑性应变以初应变形式转化为节点附加荷载进行全场迭代运算，直至每一增量步前后迭代差异满足计算精度要求后进入下一步计算。