膨胀岩是一种有问题的特殊岩土体,在我国分布范围很广。目前国家正大力开展基础设施建设,如铁路和南水北调,建设过程中将会经常面临这种问题岩土体的困扰,由于对温度、湿度以及应力场变化的极端敏感性,膨胀岩对工程建筑具有很大的潜在危害性,外界条件稍微变化,即会引起工程建筑的极大破坏。但是由于工程建设需要,膨胀岩的开挖卸荷不可避免；由于自然条件的限制,水分的浸入也无法摆脱。因此对膨胀岩土的工程特性、开挖卸荷对膨胀岩物理力学特性的影响规律以及水浸入对膨胀岩土体影响规律的研究,是很有必要的,也是必须要做的。论文以试验为基础,对膨胀岩样进行室内力学特性试验,并采用理论分析与数值模拟相结合的方法,对膨胀岩的开挖卸荷效应和水入渗效应进行了研究。论文的主要研究内容及成果如下：(1)系统研究了膨胀岩的强度、粘聚力c、摩擦角Φ随含水率的变化规律。试验结果表明：随着含水率的增加,膨胀岩的抗剪强度逐渐减小。同时其抗剪强度指标c随着含水率的增加,基本呈线性减小。摩擦角中随着含水率的增加也减小。另外通过对指标的变异性分析得出,两处取样点的膨胀岩试样的水敏性不同。膨胀岩试样室内干湿循环试验显示,粘聚力c在第一次干湿循环以后,降幅较大。之后的几次循环,c值又有衰减,但是衰减率较小。Φ值在第一次循环时衰减较大,之后起伏变化,但总的数值变动幅度不大。(2)对膨胀岩试样进行了胀缩试验。试验结果显示：膨胀岩膨胀率随时间的关系曲线与膨胀岩的初始含水率有很大关系。.当膨胀岩的初始含水率较小,膨胀岩偏干时,膨胀岩的膨胀率随时间的关系曲线分为四个阶段：直线匀速膨胀阶段、直线快速膨胀阶段、减速膨胀阶段、膨胀缓慢稳定阶段。其中直线快速膨胀阶段其膨胀速度大于直线匀速膨胀阶段膨胀岩的膨胀速度。直线匀速膨胀阶段与直线快速膨胀阶段膨胀岩的含水率称为拐点含水率。当膨胀岩的起始含水率大于拐点含水率时,其膨胀率随时间的关系曲线将没有直线匀速膨胀阶段,只有后面三个阶段。随着含水率的增加,膨胀岩试样的无荷膨胀率逐渐减小,收缩系数逐渐增大。同时,线缩率随着含水量的增加,也逐渐增大。这说明,含水量越大,收缩引起的变形也越大。同一初始条件的膨胀岩,其收缩阶段和膨胀阶段的曲线虽然形似,但并不是中心对称图形。说明膨胀岩试样的膨胀与收缩并不是可逆的。为研究膨胀岩胀缩循环变化规律,对膨胀岩进行了胀缩循环试验。试验结果显示：第一阶段直线快速膨胀阶段,后面三次胀缩循环时膨胀岩的膨胀速度比第一次膨胀膨胀岩的膨胀速度要大,这主要是因为膨胀岩失水收缩开裂,产生很多的裂隙,为水的入渗提供了更大的通道。从达到膨胀稳定所需的时间来看,越到后面几次胀缩循环,膨胀稳定所需时间越短,说明经历过几次湿胀干缩以后,膨胀岩的结构基本趋于稳定,不再有多大的变化。随着膨胀次数的增加,膨胀岩的无荷膨胀率逐渐减小。第二次膨胀以后,无荷膨胀率的衰减速度变慢,到第四次时,基本趋于稳定。整体来看,四次收缩试验膨胀岩的线缩率随时间的变化曲线差别并不大。总体来看,膨胀岩的结构变化主要是集中在前2-3次胀缩,在经历2-3次胀缩以后,随着膨胀与收缩次数的增加,膨胀岩体内部结构逐渐趋于稳定,膨胀和收缩也逐步稳定。(3)对膨胀岩试样进行固结试验,试验结果显示,随着高程的降低,埋藏深度的增加,膨胀岩压缩系数逐渐降低,而压缩模量则逐渐升高；而对于同一种膨胀岩样,随着含水量的升高,其压缩系数升高,而压缩模量降低。(4)对膨胀岩三轴压缩条件下的力学特性进行了试验研究,结果表明,膨胀岩的应力应变关系曲线可以分成四个阶段：弹性阶段、屈服阶段、应变软化阶段、塑性流动阶段。弹性阶段和应变软化阶段可以用一直线来表示,屈服阶段可以用一对数函数来表示,并给出了膨胀岩三周压缩本构关系。膨胀岩的峰值强度和残余强度均随着围压的升高,呈线性增大。且膨胀岩莫尔圆的包络线为一直线,其强度准则可以用M-C强度准则进行拟合。膨胀岩的变形模量和弹性模量均随着围压的增大而增大,峰值应变和残余应变随着围压的增加而增加。膨胀岩试样随着轴压的逐渐增大,破坏首先出现鼓状凸起,然后产生破裂面。从破裂面的角度来看,当围压较低时,比较符合45°+Φ/2的规律。当围压较高时,由于试件已变形,破裂面错动,导致夹角的增大幅度较大。若按未变形前的试样测定破裂角,则基本都在45°+Φ／2。(5)随着膨胀岩循环加卸荷次数的增加,膨胀岩的应变逐渐增加,但是其增加量却逐渐减小。可以用以负指数函数来拟合膨胀岩应变增加量与循环次数的关系。不同的初始损伤度,会对膨胀岩的加卸荷滞回圈产生影响。初始损伤度越大,滞回圈的面积越大。并且,经历一次循环加卸荷之后,膨胀岩的极限强度会有所增加。但是增加量随着初始损伤度的增大逐渐减小。残余强度也表现出类似的规律。循环加卸荷会导致岩体质量劣化,经历循环加卸荷作用以后的岩体其峰值强度和残余强度要比经历其中一次加卸荷循环作用的峰值强度和残余强度低。(6)从卸荷量与模量降低量之间的关系来看,用一条直线来拟合卸荷量与模量降低量之间的关系,不尽完善。在卸荷量较低和较高时,模量的降低量具有非线性特性。以70%(左右)为分界线,当卸荷量小于70%时,模量的降低量随着卸荷量的增加变化较缓；当卸荷量大于70%时,模量的降低量随着卸荷量的增加变化较迅速。同时采用数值模拟的方法,对膨胀岩边坡开挖卸荷效应进行了研究。