随着国内外学者对岩土力学的进一步研究,人们逐渐意识到要想更深入的认识岩土力学性质,就要从其微观机理入手。离散元方法的出现,可以很好地运用到岩土力学的微观机理研究中。本文通过现在流行的颗粒流数值模拟方法,利用PFC来分析砂卵石的细观结构,并得出砂卵石细观性质和宏观性质之间的联系,来表述其力学特征。砂卵石地层是在地下工程施工中经常遇见的复杂地质之一,如在成都地铁施工过程中所遇见的砂卵石地层为典型的富水砂卵石,北京地铁施工过程中也遇见砂卵石地层。砂卵石地层的主要特点是离散性强、卵石自身强度相对其他细粒土强度高、其分布的几何规律性及个体形状可大体归类性。在这些特点共同影响下,砂卵石表现出复杂的力学特性,从而使地下隧道工程施工面临着巨大的难度。只有在清楚知道砂卵石微观机理的前提下,才能对这些问题和困难进行分析攻克。目前对于砂卵石的力学特性虽然有了大量的理论和试验基础,但多数基于有限元分析,有一定的局限性,所以本文通过离散元的方法首先建立基本的力学试验模型(三轴试验、堆积试验、活动门试验)。通过边界伺服控制来模拟室内试验的全部过程。通过这些基本的数值模拟试验,为文中室内试验提供基础参数。本文通过现有的理论基础,利用PFC软件,研究无水砂卵石的力学特征,并根据所取得的数据与室内试验、现场实例进行对比,为砂卵石地层隧道施工做一定的理论基础。其主要研究内容如下:(1)对砂卵石的个体表观特征和细观特征进行了系统的分类,如形状、粒径分配、自身摩擦系数、刚度强度等。(2)突破传统有限元的局限性,利用PFC程序,更加直接地模拟试验过程,并且利用程序的内置语言进行二次开发,建立不规则颗粒模型,证明PFC可以很好地模拟散体力学特性。系统的分析了不同形状及不同参数下的不同宏观力学表现。(3)通过室内试验和数值模拟,对不同宏细观参数下的散体颗粒进行多组试验对比,得出其内在规律性,揭示宏细观之间的相互影响。(4)根据上述结论与实际工程相印证,来进一步阐释砂卵石地层隧道施工时的影响和变化,为今后砂卵石施工提供有力的依据。