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摘要
TBM渣料主要由细砂和针片状碎块石组成，属于不良级配土，含石量变化大，土体结构独特，变形强度特征有别于其他类型的土石混合体。本文依托喜马拉雅东部多雄拉隧道TBM弃渣场，通过现场调查和三维激光扫描技术量化渣料形状和结构特征，提出适用于TBM渣料的离散元直剪模型构建方法，结合室内大型直剪试验和PFC3D离散元数值模拟，揭示不同含石量条件下TBM渣料宏观力学规律和细观变形破坏机制。研究结果表明：TBM渣料中碎块石形状近似于刀盘状、条棒状和圆盘状，在人工堆置过程中，碎块石长轴方向与水平面之间的夹角主要分布在0～20°，土体结构表现出显著的空间定向性；随着含石量的增加，TBM渣料结构由悬浮密实型结构向骨架密实型结构过渡，最终转变为骨架空隙型结构，块石颗粒间咬合、嵌套、自锁作用显著增强，块石旋转自由度大大受限，其宏观变形特征由“剪缩”向“剪胀”转变，抗剪强度及其指标均呈现出先缓慢增长再轻微降低，最后大幅度提升的趋势，其内部颗粒运动形式由“土石联动”向“土绕石”转变，力链数量线性减少，平均力链强度增长幅度逐渐加大，强力链逐渐在模型内部起到支撑作用，整体上剪切带从“S”型分布逐步趋近于呈“一”字型分布，剪切带厚度明显变薄。研究成果将弥补当前对针片状土石混合体研究的不足，为TBM弃渣场稳定性分析和风险评价工作提供理论支撑。
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单位成都理工大学; 地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室; 中铁二院工程集团有限责任公司
