红砂岩在兰州地区分布比较广泛,是兰州地铁工程中遇到具有特殊工程性质的岩层,其因成分复杂且结构特殊而普遍具有遇水软化崩解特性,给兰州地区地铁和高层建筑深大基坑带来较多支护和排水问题。兰州地铁1号线至4号线均下穿经过红砂岩地层,且地下水位较高,研究红砂岩的崩解特性及崩解机理对基坑支护工程具有十分重要的意义。本文以兰州地铁2号线和3号线地铁基坑弱透水性红砂岩为研究对象,通过室内试验、现场试验、理论推导及数值模拟的方法对兰州地铁深基坑红砂岩的崩解特性和崩解机理等方面进行研究,主要研究内容和结果有以下几点:(1)由浸水崩解试验将兰州地铁深基坑红砂岩初步分为三类进行研究,A类崩解速度较快,工程特性较差,引发的工程问题比较严重,B类红砂岩崩解速度次之,工程特性一般,引发的工程问题较小,C类红砂岩几乎不崩解,工程特性良好。通过常规土工试验和现场试验获得三类红砂岩的干密度、孔隙率、渗透系数、剪切强度等物理指标,对红砂岩进行进一步分类特性研究。(2)通过自制红砂岩崩解速率测定装置和自行设计红砂岩崩解速率测定试验,对六个车站基坑20个不同物理指标红砂岩试样进行崩解速率测定试验,对相同车站不同物理指标和不同车站相同物理指标的红砂岩进行了崩解速率测定及对比分析,研究了不同物理指标对崩解速率的影响,分析了崩解速率与不同类红砂岩崩解机理的内在联系,以此完善了红砂岩崩解机理。(3)通过对红砂岩的电镜扫描试验、XRD衍射试验、岩矿分析、核磁共振试验,并结合崩解速率影响因素研究对兰州地铁深基坑红砂岩的崩解机理进行了分析,得到红砂岩的崩解破坏过程以及三类红砂岩的崩解原因和差异性。(4)利用三维颗粒流数值模拟程序PFC3D中内嵌的线性抗转动接触模型模拟红砂岩崩解过程,利用三类红砂岩的不同试验参数对三类红砂岩建立不同颗粒模型,对建立的颗粒模型进行伺服控制以达到理想试验状态,再用理想状态的模型进行红砂岩崩解全过程数值计算,以此得到红砂岩崩解全过程的数值模拟结果并验证崩解试验的合理性。