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新疆区域地层分布较完整,古生界寒武纪之前地层未见出露,奥陶纪至新生界各时期的地层均有广泛出露。古生界及之前的岩层主要是中深变质岩系及浅变质岩系,分布在高原山区;新生界主要是较软弱或松散岩系,分布在丘陵和平原地区。本文以新疆两个水电站引水隧洞围岩为研究对象,针对砂质泥岩和花岗片麻岩两类典型围岩,较系统地开展了饱和三轴加载和卸载、流变试验,在获得其强度和变形特性基础上,建立了考虑浸水软化的软岩弹塑性流变力学模型。上述模型经二次开发嵌入数值计算软件中,并应用于新疆某水电站引水隧洞围岩稳定性研究和支护参数优化,提出了指导工程实施的建设性方案。主要内容如下:(1)开展了砂质泥岩原状三轴试验加荷和卸荷试验、浸水损伤后三轴加荷和卸荷试验,得到了较完整的应力应变关系曲线,提出了考虑浸水软化效应软岩弹塑性流变力学模型。结果表明原状样和浸水损伤样弹性模量、峰值强度、凝聚力、内摩擦角等力学参数差异显著,弹性模量和强度随饱水时间呈负指数函数降低。研究成果为隧洞围岩稳定性和支护分析提供了基本参数。(2)开展了不同浸水损伤条件下砂质泥岩恒轴压卸围压和加轴压卸围压下的三轴卸荷流变力学特性试验,建立了考虑浸水损伤的砂质泥岩流变本构模型,分析了各模型参数随浸水时间的变化规律。(3)开展了硬脆性花岗片麻岩常规单轴、三轴及复杂卸荷应力路径力学试验。试验结果表明花岗片麻岩具有明显硬脆性特征,卸围压与卸围压-加载轴压试验中卸载速率越快,峰值强度越高,峰值强度时对应的轴向应变越小。(4)基于Burgers模型的弹塑性流变本构模型进行FLAC3D二次开发,开展了新疆某引水隧洞工程围岩稳定性分析,比较系统分析了支护结构的应力应变状态。对比计算结果和监测结果,两者趋势保持一致,说明第一、三主应力的压应力随着高程的降低均逐渐增大,断层处存在应力集中,考虑开挖卸荷效应,洞室开挖面竖直向下最大位移值位于在洞室中间与断层相交的部位,施加锚喷及钢支撑支护后,竖直向下最大位移明显降低,拉应力最大值出现在支护混凝土上,位于洞室与断层的相交位置。总而而言,采取支护措施后,围岩的变形和应力均有较大幅度的改善,隧洞整体趋于稳定,满足各运行工况的要求。