目前，我国城市轨道建设已步入高速发展的时期，许多大、中城市已开建或已准备筹建地铁。大量地铁施工必将面临着各式各样的复杂地质情况，砂卵石地层便是其中之一。其中，最为典型的工程实例为在建的成都地铁，地质情况为典型的富水砂卵石地层，其卵石含量高、卵石抗压强度大，地下水丰富。由于砂卵石土颗粒的离散性、卵石强度高以及卵石几何分布的随机性，因此，砂卵石土的力学特性异常复杂，从而使得地铁盾构施工面临着巨大困难。要想解决盾构施工过程中所遇见的困难，需要先研究一个本质的问题，砂卵石土的静、动力学特性。虽然已经有大量关于砂卵石土的理论和实验研究，但是这些研究主要集中在砂卵石土的静动力学实验，理论研究相对比较缺少，针对砂卵石地层盾构施工方面的理论研究就更少。因而研究砂卵石土的力学物理特性以及对盾构施工的影响具有突出的工程应用价值。论文运用分形理论、夹杂理论、离散颗粒流法等研究砂卵石土的几何特性，静力学特性，并依据所取得的规律结合工程实例探讨砂卵石土的典型工程力学特性对地铁盾构施工的影响。主要的研究内容和成果如下：（1）假设卵、砾石为球形，运行分形理论，推导出卵石颗粒粒径分布表达式，并对自然沉降砂卵石土的颗粒级配进行统计分析。结果表明，自然沉降砂卵石土的粒径分布满足分形结构，且分形维数大多集中在2.3~2.7之间，平均值在2.5左右。而成都地区的部分区域地层卵石含量非常高，以密实卵石土为例，其分形维数为2.05~2.5。（2）针对砂卵石土中粗颗粒含量的巨大差异，提出了两种数值重建砂卵石土的方法——适合粗颗粒含量较少的“随机替换法”和适合粗颗粒含量较多的“悬浮沉降法”，并对其进行了详细描述。（3）在颗粒粒径分布满足分形结构的颗粒数值样本中，选取直径为5mm~40mm的粗颗粒，利用悬浮沉降法建立砂卵石土数值试件，并对试件孔隙度进行统计分析。结果表明，试件孔隙度为50%左右，且随分形维数、颗粒粒径比（最大颗粒粒径与最小颗粒粒径之比）的增大而减小。同时，在数值重建砂卵石土时，可以以样本中粗颗粒含量是否小于或大于50%作为选择随机替换法或悬浮沉降法的标准。（4）根据夹杂理论，假设小颗粒砂、砾为基质，卵石为夹杂，把卵石含量较低的砂卵石土简化两相符合材料，结合Eshelby关于椭球夹杂相应变问题的解，推导出砂卵石土等效弹性模量的一般性表达式。结果表明，当砂卵石土中卵（砾）石体积分数低于50%时，砂卵石土的等效弹性模量可以由表达式准确求得，且随着卵（砾）石的体积分数增加而增大。（5）对于卵（砾）石含量较多的砂卵石土，特别是密实卵石土，论文采用悬浮沉降法建立圆柱体，利用颗粒流法进行三轴数值试验研究其力学特性。结果表明，砂卵石的压缩强度与试件的颗粒粒径分布、围压大小、颗粒之间的摩擦系数均存在一定的关系。对于固定级配的颗粒体，当颗粒之间的摩擦系数相同时，围压越大，试件轴向抗剪强度越大；而当围压相同时，颗粒之间摩擦系数越大，试件抗剪强度越大。至于颗粒级配对颗粒体强度的影响，大约在2.3~2.4之间存在一个临界分形维数，试件强度最大。（6）根据砂卵石土的工程力学特性，针对盾构施工中面临的开挖沉降、渗流、刀盘受力等问题，讨论了可采用的数值方法以及如何选取参数。论文特别就密实砂卵石地层盾构开挖时刀盘受力、地表沉降以及漂石对盾构施工的影响，建立二维数值模型，利用颗粒流法进行了数值分析。结果发现，在密实砂卵石地层中盾构施工，刀盘受力波动较大，最大值为平均推力的两到三倍，甚至更高，最小推力则远小于平均推力；当盾构机开挖推进过程中遇见大的漂石，刀盘受力持续升高，如果刀盘不能有效破碎漂石，盾构机将无法继续向前推进，这些现象与实际施工中所遇见的一样。超挖是引起的地层沉降的主要因素，砂卵石土地层的沉降规律满足Peck公式曲线，且开挖过程中地层损失率、隧道埋深、以及地层所处竖向位置决定地层沉降量。