随着社会主义现代化建设事业的高速发展,大口径钻进在软岩地层中的应用越来越多,但在强度高而脆性差的软岩地层中钻进效率往往不佳,急需进行软岩地层钻进模拟试验以研究和优化适合于该类地层的钻进设备和钻进参数设置,提高钻进效率和降低施工成本。而软岩原岩的取样和保存困难,且原始岩石具有不均匀性、各向异性定不确定因素,都会对软岩钻进的试验结果产生较大的影响。为解决上述软岩原岩的问题,本文针对软岩地层钻进原理分析了软岩的破碎机理,以青岛海湾大桥桩基工程地质资料和软岩物理力学性质指标为原型参数,运用相似理论和正交试验优化设计,采用常用的水泥、石膏、细砂、粘土等相似材料模拟出泥岩(包括页岩、粉砂质泥岩)、粉砂岩(包括泥质粉砂岩)、细砂岩(包括粉质细砂岩)这三种代表性软岩地层模型。并运用Excel软件对试验结果进行分析,归纳了室内小样与用于钻进模拟的室外大样的差异关系式,分析了各种主材及养护条件对模型性质的影响因素,为该类软岩地层中大口径钻进参数的优化提供了试验模型,为以后对软岩地层的工程研究打下基础,填补了国内针对大口径钻进软岩地层的材料模拟研究的空白。本文还研究了软岩的水理特性,针对软岩遇水膨胀、崩解和易扰动性进行了室内模拟模型的对比研究,并分析了模拟模型的单轴抗压强度遇水软化性和抗剪强度的水理恢复特性,最终确定本课题的软岩地层模拟符合工程实际。填补了国内针对软质岩石特殊水理性质相似模拟研究的空白。