水-力-热环境下千枚岩隧道挤出式大变形耦合机理研究

大变形是高地应力状态下隧道开挖过程中岩体变形持续发展的一种重大地质灾害，而在高应力、高渗透水压、高温环境下，温度、渗透水压将对围岩变形产生进一步影响，其大变形机理将比一般高应力大变形更加复杂。本项目以千枚岩为研究对象，开展高温三轴卸荷渗透试验，研究在高应力、高渗透水压、高温、卸荷条件下千枚岩的力学特性，分析卸荷条件下温度、渗透水压对千枚岩变形破坏特征的影响；开展试验前后千枚岩电镜扫描，对比分析高温、高渗透水压、高围压对千枚岩微观变形特征影响，探讨卸荷条件下千枚岩变形破坏的微观机制。在此基础上，揭示千枚岩隧道挤出式大变形的温度效应、渗透水压效应，建立高应力、高渗透水压、高温环境下千枚岩隧道挤出式大变形的水-力-热耦合机理。研究成果对丰富和发展大变形理论有着重要的学术价值，具有较重要的科学意义与实际意义。

大变形是在高地应力状态下软岩隧道施工过程中极易发生的一种地质灾害，深埋长大地下工程常具有“三高”（高地应力、高渗透水压、高地温）的工程地质特征，在高地应力、高渗透水压、高地温作用下，千枚岩等软岩隧道围岩大变形机理将更加复杂。由此本项目以千枚岩为对象，进行了高温三轴卸荷渗透试验、电镜扫描、X衍射测试等分析，研究高应力、高渗透水压、高温、卸荷条件下千枚岩的力学特性，变形破坏的宏观和微观特征，在此基础上，探讨高应力、高渗透水压、高温环境下千枚岩隧道大变形的耦合机理。主要取得以下成果：.（1）温度效应：温度升高，千枚岩峰值强度、弹性模量和初始渗透率减小，泊松比增大。（2）渗透水压效应：渗透水压升高，千枚岩强度和弹性模量减小，泊松比和初始渗透率增大。（3）渗透特征：千枚岩应力应变与渗透率曲线分为4个阶段：弹性压缩变形阶段、弹性扩容变形阶段、扩容破坏阶段、峰后阶段。弹性压缩变形阶段渗透率较小且变化不大，在弹性扩容变形阶段渗透率明显增大。岩石卸荷回弹，体积应变由压缩转变为扩容时，为渗透率转折点。（4）千枚岩宏观破坏机制为剪切破坏，而微观断裂模式为穿晶断裂和沿晶断裂，其破裂机制为张剪性破坏。（5）综合THM(Thermo-Hydraulic-Mechanics)耦合试验及理论分析，探讨千枚岩隧道THM耦合挤出式大变形机制，提出了“H→M、M→H、T→H、H→T、T→M”未完全THM耦合模式。其中，①“H→M”表示：孔隙水压力升高，导致隧道开挖后的围岩应力、位移，塑性应变增大；②“M→H”表示：围岩应力、位移，塑性应变增大，导致岩体渗透率增大；③“H→T”表示：地下水渗流方向热对流控制围岩内部温度分布；④“T→H”表示：温度升高，导致隧道开挖后最大渗流速度增大；⑤“T→M”表示：温度升高，导致隧道开挖后的应力、位移，塑性应变增大。.本项目从试验角度探讨了THM耦合条件下千枚岩力学行为及其隧道大变形耦合机理，基本完成预定研究目标，这些认识对揭示THM耦合大变形机理有着重要意义。