随着我国西部大开发的进行,西部地下及隧道工程逐渐向西藏高原发展,大埋深、高地应力、高地温等复杂地质条件已经成为了建设者以及科研人员面临的重大问题。高地温地质条件不仅使施工人员难以在高温环境中展开工作,也使得岩体在热力耦合作用下的破坏机制复杂化,而现场实际在高温隧道开挖以后,风机会迅速将冷风送入掌子面附近,使得围岩温度迅速降低,这就使得围岩变形破坏更加复杂。因此,研究高温硬岩隧道开挖降温后围岩变形破坏特征非常必要。本文在总结国内外物理模型试验,岩石温降后力学性质变化研究现状的基础上,从相似理论出发,制作了具有硬脆性特征的物理模型,进行了高温硬岩隧道开挖降温后围岩变形破坏的物理模型试验。采用具有硬脆性性质的相似材料,制作了4个长60cm×宽60cm×厚20cm的大尺寸模型(隧道为圆形隧道,洞径9cm),进行了3个侧压力系数λ=2的降温工况为40℃-20℃、60℃-20℃、80℃-20℃的物理模型试验,1个侧压力系数λ=1的降温工况为40℃-20℃的物理模型试验。试验过程采用了应变监测系统,声发射监测系统,温度监测系统、摄像系统监测了模型在加温,初期加载,隧道降温,隧道破坏等过程的应力应变、声发射、温度变化特征以及变形破坏特征。通过研究主要取得以下主要成果:1、以成都理工大学二维地质力学模拟试验加载系统作为依托,以相似材料与相似理论作为基础,采用应力、声发射、摄像等监测系统,对高温硬岩隧道物理模型试验进行了设计,建立并完善了一套的高温硬岩隧道模型试验技术方案,并且取得隧道破坏过程的影像资料。2、在侧压力系数为λ=2的工况下,3个梯度降温过程中,模型表面应变值呈现出向压应变缓慢变化的趋势,已经处于压应变区的应变值缓慢增大,处于拉应变区的应变值则是缓慢减小,说明降温过程使得表面围岩主要受到压缩作用和降低张拉作用的影响。而隧道内部受到的降温作用远比模型表面的更为剧烈,所以分析认为隧道内部围岩受压作用更为强烈,同时降温也引起了围岩温度场的变化,温度在降温过程中,模型内部与开挖临空面的温差逐步缩小,使得温度附加应力也逐渐减小,从而围岩内部的应力也相对减小,总体上有利于围岩的稳定。而侧压力系数λ=1的工况下,加载开挖及降温过程,应变均没有出现明显的变化,说明在侧压力系数λ=1的情况下,加载及降温过程对围岩变形特征影响作用小。3、加热过程中声发射振铃计数在35℃达到峰值,40℃左右时声发射活动也比较剧烈,而80℃声发射活动相对比较平静,所以分析认为,40℃时模型内部的破裂源最多,微裂隙最发育,所以降温过程中呈现出40℃-20℃,60℃-20℃,80℃-20℃工况下,声发射峰值能量依次降低的趋势,故认为降温过程声发射活动与围岩内部的微裂隙发育有关,微裂隙越发育,降温过程中声发射活动越剧烈。4、对比破坏时声发射能量峰值,侧压力系数为λ=2的40℃-20℃与60℃-20℃工况隧道破坏时能量峰值强度接近,而80℃-20℃工况下隧道破坏时能量峰值强度远小于前述两个工况,分析认为这是由于温降梯度越大,降温时间越长,使得围岩内部能量耗散越大造成,所以80℃-20℃工况下能量破坏峰值最小。5、在侧压力系数λ=2的高地应力情况下,模型开挖后,拱顶和拱底位置出现了压应力集中,边墙位置出现了拉应力集中的现象。在降温的作用下,围岩表面应变朝压应变趋势发展,完成降温后,再次经过加载过程,3个工况下的隧道均发生突然性的破坏,首先从拱肩或者拱顶处出现小碎块掉落,然后迅速发展为大碎块掉落,并出现边墙挤出、拱底剪断,剥落、倾倒、弯曲-鼓折等破坏现象,与前人总结的硬岩隧道变形模式相符,降温过程后,各工况的破坏情况相似,说明各温度下隧道若降温至同样的温度,破坏时发生的变形破坏特征是类似的。6、侧压力系数为λ=1的模型在初期加载及降温过程中应力应变变化小,分析认为这是由于该侧压力系数状态下的隧道普遍所受地应力不大,开挖以及降温对隧道的影响较小。破坏过程中,侧压力系数为λ=1隧道的能量峰值远小于侧压力系数为λ=2隧道的能量峰值,但是其破坏强烈程度却远大于深埋隧道,直接从大碎块开始掉落,并迅速完成破坏。分析表明,侧压力系数为λ=1隧道受温度变化影响小,若该侧压力系数下硬岩隧道所受地应力大于围岩的抗压强度等岩石力学参数,发生的破坏程度远大于侧压力系数较大的隧道。