膨胀岩属软岩,它具有显著吸水膨胀和失水收缩的特性。处于这种岩性中的隧道,当膨胀围岩的自有的含水量或工程引起的含水量增加时围岩将产生较大的变形,同时衬砌结构将承受很大的围岩压力,这对隧道的施工和衬砌的安全均构成威胁。膨胀围岩隧道衬砌围岩压力的模拟计算中,常采用荷载结构模型,根据地勘报告所测得的膨胀力作为围岩压力的一部分,径向作用在衬砌结构上,这样计算出衬砌内力往往比实际结构中内力要大很多。同时实际的地质情况中,膨胀岩层的厚度通常有限,而宽度的范围值远远超过了厚度,这样水平方向的膨胀影响远大于竖向,那么在荷载结构模型中就更难以模拟计算了,这使得采用上述方法计算膨胀力对衬砌的安全性影响计算受到挑战,特别是在三维岩石力学模型中就更难以模拟这个已知的膨胀力了,而用(三维)岩石力学模型模拟分析隧道结构,才能得到施工期围岩的变形及其稳定性,为此本文提出了一种新的解决方法:通过类比荷载结构模型与平面岩石力学模型中衬砌控制截面内力相近的方法来确定围岩的温度场,然后在三维岩石力学模型中采用这个温度场来模拟膨胀围岩的膨胀压力,同时这个方法还可以实现局部围岩膨胀的模拟。论文采用上述原理模拟分析了某高速公路缙云山隧道石膏围岩段施工。首先通过类比荷载结构模型与平面岩石力学模型中衬砌控制截面内力(轴力)相近的方法来确定围岩的温度场;将这个温度场使用在采用关口太田(非粘土)屈服准则的该隧道的三维有限元模型中,按照隧道开挖步骤进行开挖模拟,对该隧道在施工过程中石膏微膨胀围岩的变形、对衬砌结构的受力影响进行了数值模拟,分析了衬砌结构内力和位移随掘进进度的变化规律,进而判定围岩在施工过程中的稳定性;根据实际隧道中石膏微膨胀围岩所处位置与隧道的相互关系,详细分析了不同局部位置的微膨胀岩的膨胀力对围岩的稳定性及支护结构受力的影响;此外根据上述各工况的计算结果,分析了衬砌结构的安全性;并将围岩、衬砌的变形和应力的计算值与现场施工监测数据进行了对比分析,其结果的一致性表明了这种方法的正确性。