本文以项目“滇中引水工程软弱岩土体工程地质特性及影响专题研究”为依托,主要研究滇中引水工程中膨胀性岩代表地层K1p的工程地质特性,以及通过数值模拟手段对拟建的大理Ⅱ段板凳山隧道在实际施工过程中可能出现的工程地质问题进行研究分析。初步统计大理Ⅱ段线路穿越软质岩土体地层长约55.70km,约占本段线路总长的54.21%,板凳山隧道总长约20.21km,其中包含长约2313m的白垩系下统普昌河组(K1p)地层,岩性主要包含侏罗系砂岩、泥岩,白垩系砂岩、泥岩。本文通过对滇中引水线路大理Ⅱ段穿越的膨胀性岩地层进行现场勘察,并选取有代表性的K1p地层进行室内试验研究,得到K1p地层的矿物组成、物理力学特性,并采取数值模拟手段模拟板凳山隧道中K1p地层所在洞段的开挖、支护以及考虑膨胀力之后的支护过程,同时运用敏感度函数分析了各力学参数对围岩稳定性的影响。论文主要取得的成果如下:(1)通过对K1p地层矿物结构和成分的系统鉴定,确定K1p地层的岩性为粉砂质泥岩,含有大量粘土矿物,包括含量极高的中膨胀性伊利石和少量高膨胀性伊蒙混层。粘土矿物种类和成分可以直接影响K1p地层岩石的膨胀性、崩解性和力学性质。粘土矿物含量越高,其膨胀性越强、耐崩解性越差,强度特性也会降低。(2)通过对K1p地层的物理力学试验研究可知,该地层岩石软化系数较低,可塑性很强,易扰动性较强;干燥单轴抗压强度较高,天然单轴抗压强度、三轴抗压强度和抗剪强度均较低,饱水后单轴抗压强度急剧降低;变形模量较小,易产生较大变形;长期抗压强度较低。(3)通过对K1p地层水理特性研究可知,该地层岩石具有强膨胀性,易产生大变形,破坏支护结构,其还具有较强的崩解性,稳定性较差,遇水极易发生破坏。(4)围岩的内摩擦角对隧道的稳定性影响最大,粘聚力、弹性模量和泊松比对隧道稳定性的影响程度各有不同。(5)通过对隧道施工过程的数值模拟结果可知,当隧道处于地下水位线以下,饱水状态时,无论是开挖后还是支护后,各部位位移较天然状态大,塑性破坏区范围也比天然状态广,最大主应力值和最小主应力值比天然状态小,拱腰两侧的应力集中区也向洞内方向转移。(6)隧道支护后,在天然状态和饱水状态时,各部位位移得到明显控制,塑性破坏范围减小,最大主应力和最小主应力分布变得均匀,支护效果较好。(7)隧道围岩在饱水状态下,受岩体软化和膨胀力的共同影响,各处的支护结构弯矩值均有明显增加,而且呈现出越向隧洞下侧,增加越明显的趋势,洞趾处的弯矩值可比天然状态时增加近10倍,对支护结构造成很大威胁,需引起重视。