随着城市化发展,盾构施工正逐渐成为地铁建设中最高效的方法。在盾构推进时,特别是在密砂地层中,由于忽略盾壳周围剪切扰动区,容易出现了“趴窝”等现象。这是由于砂土剪切时产生的剪胀力会对盾构推力产生影响,而现有的实验和理论关于砂土剪胀性微观分析的研究不足,尤其关于砂土剪胀力研究很匮乏。本文通过理论推导、实验研究和数值模拟,进行系统研究,首先在微观上提出了剪胀模型并分析颗粒剪胀性的影响因素,然后通过进行一系列不同级配重塑密砂的室内实验进行验证,并使用颗粒流软件PFC进行验证,从微观上探究解释剪胀变形对盾构推力影响,得到如下结论:1)在四颗粒孔隙胞元粒团基础上,引入颗粒半径系数m。当颗粒半径同时改变时,得到m的改变对主应力比和孔隙比无影响,即半径系数m对剪胀性无影响。当颗粒大小不同时变化,半径系数的改变使主应力比的极限状态改变;孔隙比随着颗粒半径系数增加而先增大后减小,颗粒半径差距越大,颗粒的孔隙比越小,对剪胀性影响越大。2)通过大量的不同颗粒级配砂土的三轴固结排水实验和直剪固结快剪实验得到砂土的剪胀性随颗粒级配增宽而增强。在砾砂中土体的抗剪强度最高,其剪胀性也最强,细砂抗剪强度最低,其剪胀性最弱。3)通过不同颗粒级配砂土的三轴实验和直剪实验的PFC数值模拟,分析PFC中的细观参数颗粒应力链、颗粒位移与剪胀变形的关系。在三轴和直剪数值模拟中可以看出,随着颗粒级配的增宽,颗粒应力链增强,反映在宏观上是砂土的抗剪强度随着颗粒级配增宽而增大;颗粒位移的增加,反映在宏观上是砂土的剪胀性随颗粒级配的增宽而增强。4)通过室内三轴固结排水实验得到标准尺寸试样土体的剪胀力的大小,分析影响剪胀力的基本因素。分析盾构推力的组成,得到剪胀力会改变土体与盾壳间的摩阻力,同时修正砂土盾构推进时剪切扰动区的范围,并分析影响其范围的因素。通过剪胀力和剪切扰动区范围,建立考虑剪胀力影响的盾构推力公式。