本文采用室内缩尺试验和颗粒离散元软件PFC结合的方法探究了砂卵石土的细观特性及宏观应用,所做工作如下:(1)通过颗粒建模和数值模拟的方式探究砂卵石土颗粒的形状、颗粒间接触关系、连接关系及力链网络。颗粒形状对土体的孔隙率、配位数、接触力等均有影响,进而使颗粒系统有不同的稳定和堆积性能;颗粒接触类型中点-点接触最易破坏,面-面接触最稳定,且颗粒系统中都存在拉压作用力、弯扭作用力和剪切作用力;几何接触角可以反应颗粒间的细观接触状态,施加荷载后砂卵石土几何接触角分布频率变化小于球形颗粒堆集体,稳定性较好;力链的连接方式总结为线状连接、枝状连接和环状连接,力链的长度与颗粒间接触力呈反比关系。(2)进行砂卵石土室内堆积试验及数值模拟,在改变其细砂含量、级配和初始孔隙率的前提下做了圆筒堆积试验,测量堆积后形成的休止角来判断不同参数下砂卵石土的堆积性能;在不同细砂含量、不同级配、不同摩擦系数的条件下做了斜板堆积试验,通过测量土体静止后的最远位移和最大堆积处位移及两者差值来确定滑动强度和堆积性能。确定出堆积性能最好的砂卵石土的细砂含量、级配、初始孔隙率和摩擦系数。(3)建立室内砂卵石土模型箱,进行隧道开挖模拟试验,确定合适的开挖跨度,在不同细砂含量、不同级配、不同摩擦系数的条件下观察开挖过程中圆拱及周围土体的沉降、坍塌情况,在相关数值模型中监测不同位置竖向压力、配位数、不平衡力、位移的变化,得出稳定性最好的结论,为土体的评判提供理论依据。(4)在PFC数值模拟中,改变细观参数的赋值并观察宏观系统的变化,将细观与宏观联系起来,拟合两者的关系曲线,探究摩擦系数与孔隙率、粘聚力、内摩擦角的关系以及接触模量与粘聚力和内摩擦角的关系。