近年来,随着我国经济建设高速发展,核工业、国防工业、交通水利等行业地下工程规模和深度均在高速增长,基础建设投入增多,岩土工程正向深部发展,国内外隧道工程越来越多的介入到高地应力和深部岩体区域。复杂地质条件下开挖的深部引水隧洞工程和交通隧洞工程等因开挖卸荷的应力重分布作用,导致蠕变量大(>100cm)、蠕变时间长(>3年)、衬砌受力不均匀等问题依然不断涌现。针对此,本文开展深地软岩洞室流质充填衬砌支护技术试验研究,可在围岩蠕变过程中均化衬砌受力的同时给予围岩一定量变形空间(30cm～50cm)并提供指定的面式支护力,大幅降低围岩蠕变总量、松动圈发育程度和塑性区的扩展。为了定量对流质充填衬砌支护技术的支护效果和支护机理进行研究分析,展开系列试验,具体研究成果如下:(1)充填物偏压作用下的减载规律、应力均化规律1)8mm土在侧限压缩过程中,压缩率达到16%,为细砂的6.67倍,较细砂能提供较大的让压变形空间,土在压缩过程中因土颗粒不均匀沉降产生局部“土拱效应”,土工内部受力较弱,拱脚应力相对集中,改变了衬砌内部充填物的传力范围。2)细砂在侧限压缩过程中,压缩率较低,其粒径较小,在同一分层中各点处沉降基本一致,底部压力均匀增加,均化效果较有粘性的土更为显著,且细砂终止荷载达到40.98k N是8mm土的1.32倍,与土相比较能提供更大的支护力。(2)非牛顿流体充填衬砌支护技术研究—长期稳定性试验1)将加载过程沉降变形划分为急速变形段、缓慢变形段、稳定阶段3个阶段;划分三种初始含水率淤泥囊为可塑状态和流塑状态。2)80%含水率淤泥整体卸除荷载约是40%含水率淤泥整体卸压效果的3.25倍,卸压效果显著。随着淤泥中含水率的增大,其流动性增加而承载力减弱,使得顶部压力的削峰减载效应显著,水平向分散应力的速率较快,较容易把竖向顶部压力传递到水平向,因此可根据实际工程需要选取相应含水率淤泥作为立即施作的二衬结构缓冲层。3)不同含水率下稳定加载段,淤泥囊式衬砌压缩量随着荷载增大而增大,最终沉降量均达到7.5cm,与加载阶段的沉降量值相差不大,最大仅相差0.04%,说明淤泥囊式衬砌结构在长期加压环境下中其反支护力能长期保持稳定。(3)非牛顿流体充填衬砌支护技术研究—淤泥囊式衬砌简支梁试验1)相比简支梁含水率为40%淤泥囊式衬砌跨中最大挠度最降低37.7%,最大压力值相对于简支梁跨中4号点最大压力值降低87.83%,60%淤泥囊式衬砌跨中最大挠度最降低10.6%,压力最大值相对于简支梁跨中4号点最大压力值降低了85.62%,且随着荷载的增大淤泥囊式衬砌简支梁相比简支梁跨中挠度降低趋势大,减载效果显著。2)60%含水率淤泥囊式衬砌对荷载的均化效果约是含水率为40%淤泥囊式衬砌的28%。3)从各项力学分析得出跨中和1/4跨的挠度压力增长速率排序为简支梁>40%含水率淤泥>60%含水率淤泥,跨端的挠度和压力增长速率排序为60%含水率淤泥>40%含水率淤泥>无缓冲层衬砌简支梁,表明淤泥囊式砌结构会将荷载从受力较大位置均化到受力较小的位置,表明设置淤泥囊式衬砌结构受力较大位置的压力随荷载增长速率大幅降低,且含水率较高的淤泥降低幅度最大。4)相同条件下,淤泥的支护效果、减载均化效果及流质泄出效果都要优于固体流质衬砌,局部瞬间卸载率高达90.5%;且可自由实现流塑态—固态—流塑态的转变。5)相较前期研究充砂式衬砌,淤泥囊式衬砌简支梁试验跨中监测点进行了加密布置,测试范围更细致,对比分析前期相关流质充填衬砌结构实验结果,表明实际工程中淤泥囊式衬砌普遍适用于抗冲击效应下的实际工程,非冲击效应下实际工程中淤泥囊式衬砌结构适用于围岩局部变形较大位置处,主要起到对力的均化卸荷和削峰减载作用。6)建立压力分布模型,给出槽钢所受淤泥囊式衬砌均化后的分布力做功计算公式。(4)基于CT成像围岩在不同支护力下塑性区及力学响应1)初步研究在应力蓄积区最大可蓄积50Mpa内应力,有无应力锁死作用下的应力蓄集区变形、压力、自身劣化程度等也表明支护结构及时施作对围岩塑性区抑制作用显著,证明模拟高地应力软岩的方法的可行性。2)铺设流质衬砌的B桶相较应力蓄集区A桶环向各圈层CT值趋于扁平化试验结果表明,流质衬砌在实际工程相较刚性支护中能给予围岩临空面一定变形空间同时又能有效抑制围岩内部的塑性区发育,对不断增大的地应力有效的起到支反力的同时还能缓慢释放一部分地应力,并能有效均化围岩松动圈发育使得塑性区扁平化、均质化。