大直径泥水盾构施工技术已在跨越江河、海峡等交通隧道的建设中广泛应用。由于隧道施工过程中地层条件复杂,如何保持开挖面稳定是亟需解决的问题。盾构掘进时通过向前方土体注射泥浆液,浆液在注浆压力作用下在开挖面表面形成微透水的泥膜,进而维持泥水盾构开挖面的稳定。为探究泥浆与不同力学性能的地层土体之间的适应性,本文采用自制的泥浆渗透装置进行不同地层的泥浆渗透模拟试验,同时借助扫描电镜观测土体泥膜的微细观结构,并结合分形理论探讨泥膜微细观结构与泥浆、地层特性的相互影响,取得了以下研究成果:(1)采用正交试验方案,考察影响泥浆粘度和API滤失量的泥浆组成因素,整理试验结果并分析相关因素对泥浆粘度和API滤失量的影响规律。(2)观察泥浆渗透试验颗粒堆积形态并分析泥浆渗透滤失量及泥膜形成时间,总结出泥浆在地层中渗透的三种颗粒填充类型与三种滤失量变化模式。分析泥浆配比对渗透滤失量影响规律,泥浆比重是泥浆渗透滤失量的主要影响因素。泥浆滤失量随着泥浆比重的增加呈先增大后减小的变化趋势。(3)对地层中的超静孔隙水压力进行测量分析,并计算泥浆有效应力转化率,结合地层中的土压力,研究分析泥浆在地层中渗透时,地层水、土压力的分布规律。泥浆在压力作用下快速向地层中渗透,大量水分渗入地层,造成地层中超静孔隙水压力急速增大,随着泥浆颗粒填充地层孔隙,地层表面渗透性降低,阻止了泥浆的进一步渗透,超静孔隙水压力快速降低并稳定。(4)借助扫描电镜对泥膜进行微细观结构观察,研究泥膜微细观结构对泥浆与地层适应性特性的相互影响;通过大律法(OTSU法)确定各图像的全局阈值,得到不同泥浆在各地层中渗透所得接触面的二维孔隙率。结合孔隙分布分维数可知泥浆滤失量与微细观结构相关,孔隙率越大,其孔隙分维数越大,滤失量越大。