地下工程施工及开采过程中,由于凿岩、采掘和其他施工用水不能及时顺利的排出,往往会导致巷道内部积聚水分,形成高湿环境。在具膨胀性的岩体中开挖巷道、酮室时,随着水分向围岩内部迁移,致使围岩湿度条件变化,围岩体积膨胀对支护和衬砌产生巨大的膨胀压力,围岩软化引起围岩强度降低,给膨胀岩围岩稳定性控制带来严重困难。由于膨胀岩地质复杂,岩样取样及现场监测较为困难,围岩湿度场问题已成为巷道工程中存在的突出难题。论文根据相似理论,通过室内试验配制膨胀岩相似材料,来模拟膨胀岩原岩。使用配比材料进行水分迁移试验,来研究水分在膨胀岩内部的动态迁移规律。基于膨胀岩一维水分迁移规律的试验研究,建立膨胀岩巷道围岩的插值计算模型,并采用模型试验进行分析对比,目的是为膨胀岩巷道开挖及使用时遇到的湿度场问题提供计算参考。取得的成果如下:(1)选用石英砂、石膏、高岭土、膨润土、松香酒精溶液、水为原料,设计了5因素4水平的相似材料配比正交试验。不同配比的相似材料的膨胀性与吸湿能力范围较广,能满足不同性质的膨胀岩模型试验对岩体相似材料的要求,也为其他岩体试验材料的选择及配比设计提供依据。(2)膨胀岩相似材料内部的含水率随时间增加而增加,含水率的增长速率随时间增加逐渐减小,最终趋于稳定。水分迁移稳定后,可认为含水率在试样中呈层状分布,试样内部近吸湿面区域含水率变化梯度较大,随着吸湿深度的增加,含水率近似线性减小,直到水分迁移深度不在变化。(3)吸湿环境、材料膨胀性和水分迁移方向对膨胀岩相似材料的水分迁移深度及含水率分布均有影响。水分向上迁移时迁移深度最小,向下迁移时迁移深度最大。不同吸湿环境下弱膨胀岩相似材料内部不同方向的迁移深度差可达14.3%~25%,强膨胀岩相似材料迁移深度差19.2%~25%。强膨胀岩相似材料内部的含水率和水分迁移深度均大于弱膨胀岩相似材料。当吸湿环境改变时,膨胀岩相似材料内部的含水率分布、水分迁移深度均随着变化,温度增加,试样近吸湿面区域的含水率增长较远离吸湿面区域明显。(4)基于水分迁移试验数据,根据相似理论,应用三次样条函数建立了由二维巷道围岩湿度场与水分迁移时间组成的三维插值计算模型,阐明了计算的主要实施步骤,为合理确定给定湿度变化范围的巷道围岩湿度场动态变化过程提供计算参考。(5)膨胀岩巷道围岩吸湿后湿度场呈层状向外分布,围岩近巷道边界区域的含水率增长幅度较远离巷道边界区域大。围岩内部的水分随时间呈现出三阶段迁移特征,初期为迁移剧烈阶段,中期是迁移减缓阶段,后期是迁移稳定阶段;巷道围岩暴露在吸湿环境后,短期内的水分扩散深度可达总深度的26.3%~34.3%,然后水分迁移速率逐渐减小,最终达到极限。岩体膨胀性、重力是围岩湿度变化的主要因素,强膨胀性围岩的湿度变化范围及同一位置含水率均大于弱膨胀性围岩,巷道上方围岩湿度变化范围受水分迁移的影响最小,侧边其次,底部围岩的湿度变化范围最大。此外,巷道内部温度对围岩周边的湿度分布也有一定影响,温度升高,水分在围岩内部的迁移速率增大,巷道周边围岩的含水率变化增大。