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黏土岩被认为是良好的高放废物地质处置库备选围岩之一。本文以塔木素预选区黏土岩为研究对象,通过电镜扫描试验、压汞试验、点荷载试验、单三轴试验和渗透试验,并运用FLAC3D有限差分软件进行数值模拟,对塔木素预选区黏土岩的物理力学特性、细观结构特征和渗流-应力耦合特性进行了研究。主要研究成果如下:（1）对塔木素预选区黏土岩进行了基本物理特性试验。试验结果表明,塔木素预选区黏土岩的平均块体密度为2.37g/cm3,颗粒密度为2.592.74 g/cm3,平均含水率为5.79%6.75%,孔隙度为0.4%19.0%。随着深度增加,块体密度增大,孔隙度有降低趋势。黏土岩的孔喉以纳米孔喉和微毛细管孔喉为主,属于极致密岩样。（2）通过开展塔木素预选区黏土岩的单三轴试验,研究黏土岩的应力应变特征,获得一些力学特征参数。研究表明,随着深度增加,黏土岩峰值强度、弹性模量和泊松比随之增大。黏土岩的应力和体积应变关系,满足指数函数关系。（3）针对塔木素预选区黏土岩开展气体和液体渗透性试验,试验结果表明,黏土岩气体渗透率一般为10-17m2,液体渗透率为10-20m2,平行层理方向岩样的渗透率更高。在围压加卸载过程中,黏土岩的渗透率先下降再上升,但不能恢复到原始值。在同等渗透压的情况下,随着围压的增加,峰值强度增大,渗透率降低;在同等围压的情况下,随着渗透压的增加,峰值强度降低,渗透率增大。围压对黏土岩峰值强度起主导作用,渗透压的影响程度相对较小。（4）研究塔木素预选区黏土岩渗透性演化规律,研究表明,在加载阶段,渗透率与围压的关系满足指数函数关系;在卸载阶段,渗透率与围压的关系满足幂函数关系。峰值前渗透率与应力的关系,满足负幂指数函数关系。而且,对于低孔隙度的黏土岩,变形对渗透率的影响更明显。（5）用FLAC3D有限差分软件对塔木素预选区黏土岩和处置库硐室进行模拟,得到模拟的峰值强度与试验值接近。而且,巷道硐壁上孔隙水压力等于大气压,离硐壁越远,孔隙水压力越大,接近原岩的值。围岩变形最大出现在巷道顶部,硐室变形失稳问题不易发生。