新疆浅埋地层泥岩的吸水软化特性及隧洞支护对策研究

摘要

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.