膨胀岩因其特殊的工程属性,对地下工程生产建设有着重要的影响。20世纪70年代以后,我国的铁路、水利、人防、公路以及建筑物等行业都陆续地出现了数量众多的膨胀岩工程问题。膨胀岩属于特殊岩石,在目前我国地区分布较广,由于膨胀岩本身具有吸水膨胀和失水收缩等工程性质,在隧道施工中对膨胀岩不充分的理解与评价,以及不足的施工应变能力,均会导致工程中一系列的危害。因此,弄清楚膨胀性岩体的工程特点,对于隧道等地下工程的规划设计及施工具有重大的指导价值。本文以北普陀山隧道工程为依托,使用理论分析、室内试验、数值模拟和现场监测相结合的研究方法,讨论了膨胀性岩体的工程特性、隧道在膨胀岩环境下开挖的力学响应、支护破坏机理和相关支护对策的可行性,主要研究内容与如下:（1）进行常规三轴压缩试验,分析北普陀山隧道膨胀岩试样相关力学性能与强度参数,并通过Hoek-Brown强度准则对岩石强度参数进行折减,得到考虑风化程度、节理等因素下膨胀岩体的强度参数。进行侧向约束无荷膨胀率与膨胀压力室内试验,分析膨胀岩在不同初始含水率下的膨胀规律,并拟合得到膨胀系数、膨胀压力与初始含水率之间的函数关系。（2）采用FLAC3D有限差分法对北普陀山膨胀岩隧道进行三维热-力耦合数值模拟,分析普通开挖条件与膨胀性围岩开挖条件下隧道结构与围岩的力学响应,得到围岩膨胀效应对隧道支护结构的破坏机理与影响规律。（3）采用FLAC3D有限差分法对不同初始含水率下的膨胀岩隧道进行三维热-力耦合数值模拟,对隧道结构关键部位的力学响应进行分析,拟合得到隧道开挖前围岩初始含水率与其对隧道结构所产生膨胀性影响之间的关系。（4）对北普陀山隧道原设计下发生膨胀破坏,现场采取支护拆换方案的全过程进行三维热-力耦合数值模拟。通过数值模拟计算与现场监测结果分析相结合,验证了现场变更设计方案的有效性与应对围岩膨胀效应的合理性。（5）提出了膨胀岩隧道合理支护形式,对采用刚性支护与限阻器支护的膨胀岩隧道开挖-支护过程进行三维热-力耦合数值模拟,结合支护效果、施工效益等方面综合比较分析各支护措施的有效性与优劣性。