由于膨胀岩具有在遇水情况下发生膨胀、崩解、强度降低,在失水情况下发生开裂、收缩、强度减弱的工程性质,导致含有膨胀性岩石的围岩经常发生破坏。在隧道施工过程由于围岩遇水导致其承载力不足,进而引发掌子面失稳、拱顶下沉增大、内净空变形位移过大等现象。而且在隧道的运营过程中由于含水量的变化导致围岩应力发生变化,进而引发底鼓、二次衬砌变形等一系列严重危害列车安全运营的工程问题。本文以宝兰客运专线通过的甘肃省天水市秦安县郭家镇地段隧道为工程背景,对该地区膨胀岩进行了微观膨胀机理分析、宏观的室内膨胀特性试验和力学试验,得到其膨胀性参数,物理力学参数和应力应变曲线。通过分析其膨胀参数、力学参数的变化,提出一种更加科学的膨胀岩膨胀等级的判别标准。运用ANSYS数值模拟软件,模拟隧道在运营过程由于仰拱下部围岩遇水对二次衬砌的影响,进而提出围岩在不同含水率下的最大渗水深度,针对破坏形式提出有效的解决方案。具体研究内容如下:(1)郭家镇地区灰质泥岩的主要矿物成分为碎屑矿物和粘土矿物。其中伊利石是粘土矿物的主要膨胀成分,其含量大约为8%,不含或者少含蒙脱石,属于是以伊利石和高岭石为主要膨胀元素的膨胀岩。通过对现有膨胀仪的改良实现了测定岩石在不同含水率下的膨胀力,进而通过研究影响膨胀岩膨胀特性的主客观因素提出一种划分膨胀岩等级的标准,并且根据试验数据的统计结果可定性该膨胀岩为弱膨胀岩。(2)通过对膨胀性泥岩在不同含水率下和不同围压下的三轴压缩试验研究。分析岩石的应力应变曲线,得到岩石在不同含水率、不同围压下的峰值应力。分析含水率、围压对岩石强度的影响程度。运用最小二乘一元线性回归分析法对围压与峰值强度进行线性分析,得到岩石在不同含水率下的粘聚力和内摩擦角。对典型的泥岩三轴应力-应变全过程曲线进行阶段性。(3)对已建成隧道在运营过程中隧底围岩在含水率发生变化的情况下进行数值模拟计算。进而根据安全系数和仰拱位移两个判别标准提出最大含水率和最大渗水深度的最大值。并且分别提出隧道在施工过程、运营状态下应该采取的工程措施。以便能给隧道的设计和施工及养护提供必要的指导,为隧道在运营过程中的安全提供技术支撑。