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随着大量城市隧道的开发利用使得穿越砂卵石地层而造成的安全问题日益引起了人们的注意。砂卵石土是由不同粒径的卵石和砂土构成的松散颗粒堆积体,其颗粒排列复杂且具有明显的离散特征。本文采用颗粒筛分试验、室内大型三轴试验和PFC三轴数值模拟试验相结合的手段,深入研究砂卵石土的力学特征及工程特性,定量地分析了主要细观参数对砂卵石土特性的影响规律,并获得砂卵石土的宏细观力学参数,为研究隧道砂卵石围岩稳定性分析奠定了基础。主要得到了以下成果:(1)对不同含水率、密度和粗粒含量的砂卵石土进行了不排水不固结大型三轴试验研究,分析不同物理状态下的应力-应变关系曲线变化规律和抗剪强度的规律;(2)基于颗粒流点接触连接本构模型(未考虑颗粒破碎),通过PFC内嵌fish语言程序,得到PFC3D数值模拟平台并完成数值模拟三轴试验;数值模拟三轴试验和室内大型三轴试验得到的应力—应变曲线总体上比较吻合,抗剪强度参数与室内试验得到的强度参数相对误差很小,此次数值模拟具有较高的吻合度;(3)从细观角度研究影响砂卵石土变形特性和抗剪强度的相关因素,对颗粒接触模量、摩擦系数和刚度比这三个主要细观参数对砂卵石土宏观力学性质的影响做了详细的分析。分析结果表明:随着颗粒接触模量的增加,砂卵石土的初始变形模量也有增大的趋势,峰值强度也有所越高,破坏时的轴向应变则减小,剪缩变形越来越小,数值模型由剪缩转向剪胀时相应的轴向应变也越小;随着颗粒摩擦系数的增大,砂卵石土的峰值强度也随着增大,峰值强度与摩擦系数大致呈正比例关系,砂卵石土的初始变形模量也随摩擦系数增大有稍微增大的趋势,但颗粒的摩擦系数只对变形的影响不大;颗粒刚度比值越大峰值应力越小,初始模量越小,体积应变减小到最小时应变越小,但是刚度比对砂卵石土的特性影响不明显。这些结论一定程度上定量的揭示了影响砂卵石土工程特性的细观因素。为研究砂卵石土特性提供了一定的参考。(4)砂卵石地层隧道开挖后,掌子面正前方土体最先发生破坏,且距离掌子面越近隧道拱顶的土体变形越大,从而引起地表沉降;应力松弛区域由掌子面正前方逐渐向右上方扩散,最终导致开挖面失稳。