新疆输水隧洞围岩为浅埋泥岩地层,吸水后强度软化,支护难度高,对工程进度影响较大。本文以新疆某输水隧洞泥岩为研究对象,在对隧洞的泥岩进行XRD测试分析的基础上,开展不同含水率状态下泥岩单轴压缩和电镜扫描分析实验研究,揭示了岩样内部裂隙、孔隙结构的变化规律及强度软化特征。结果表明:该隧洞泥岩黏土矿物含量高达50%,易吸水软化。随着含水率的增加,岩样内部将经历微裂隙发育、发展及贯通的破坏过程,同时伴随内部原有矿物流失。通过分析其饱和吸水曲线,将其吸水过程划分为三个阶段:急速吸水、减速吸水及匀速吸水阶段;采用玻尔兹曼预测函数对吸水后岩样强度变化曲线进行拟合,可将其强度变化分为三种状态:强度无损、急速软化及软化休止状态,获得该类型泥岩吸水强度软化的临界点为含水率6%;综合分析得出其吸水软化规律:泥岩中以蒙脱石为主的黏土矿物吸水能力强,随着吸水量逐渐增加,泥岩孔隙中自由水含量显著提高,骨架强度逐渐降低,形成不稳定态,在受到外力作用时极易发生变形破坏。据此提出了此类软岩工程稳定性控制原则:确定软岩类型及变形力学机制,制定有针对性的稳定性控制对策,采用具有恒阻、大变形及高预应力等力学性能的支护材料。研究成果对深入了解输水隧洞泥岩强度软化特征、隧洞围岩变形破坏机理及支护设计具有重要意义。

国家重点研发计划（2016YFC0600901）；国家自然科学基金（51874311,51904306）；深部岩土力学与地下工程国家重点实验室（北京）开放基金（SKLGDUEK1826）；

1 实验系统及方法
1.1 实验系统
1.2 实验方法
1.2.1 工程地质条件
1.2.2 矿物组成特征
1.2.3 实验步骤
2 实验结果分析
2.1 岩样泡水实验结果分析
2.2 泥岩吸水特征实验结果分析
2.3 强度软化实验结果分析
3 泥岩吸水软化微观破坏机制
3.1 SEM扫描电镜实验结果分析
3.2 微观破坏机制
(1) 以蒙脱石为主的黏土矿物含量高。
(2) 含水率增加导致泥岩结构的变形破坏。
(3) 孔隙水的运移与矿物流失。
4 软化特征及控制对策
(1) 确定工程软岩类型及变形力学机制。
(2) 根据软化特征确定稳定性控制对策。
(3) 选取具有高恒阻、大变形的支护材料。
5 结 论

张勇,石富坤,王俊伟,张家瑄,卢昊,孙晓明.新疆浅埋地层泥岩的吸水软化特性及隧洞支护对策研究[J].矿业科学学报,2021,6(01):42-50.