1 引言
膨胀性岩石是当今工程地质学和岩石力学领域中最复杂的研究课题之一，膨胀岩多含有蒙脱石、伊利石和高岭土等粘土质矿物成分，亲水并会产生显著变形的岩体，膨胀岩问题是一个非常复杂难以解决的课题，澜沧铅矿凝灰岩的一种典型的膨胀性岩体，导致巷道施工后变形破坏严重，国内外一些专家学者对凝灰岩膨胀变形开展了一定了理论与实践研究工作，取得了一定的成果。Joseph S.Y. Wang[1]开展了凝灰岩内液体的渗流试验研究，得到了水流扩散与凝灰岩膨胀变形的关联性；谭罗荣[2]认为凝灰岩在水的作用下发生蚀变，多为凝灰岩蒙脱石化，蒙脱石晶体结构能将水分子吸附在晶层表面和晶层内，导致体积膨胀，失水风干后如再遇水，稳定性极差，极易产生变形与破坏；L.Ma[3]进行了湿润凝灰岩的蠕变试验，得到了凝灰岩遇水变形的规律；何尽川[4]等人进行了凝灰岩不同吸水情况下的力学强度试验，凝灰岩吸水后软化明显，原有的力学强度降低极大，在工程中极易发生膨胀垮塌；田保同、马洪杰[5-6]等人，对澜沧铅矿凝灰岩的矿物成分进行了化验分析，通过吸水前后的成分测试，指出了澜沧铅矿凝灰岩膨胀的主要物质因素为含有大量的粘土矿物，如蒙脱石、高岭石等，这些矿物的晶体吸水膨胀后导致凝灰岩软化，失去原生状态下的力学强度，导致膨胀变形、垮塌；邓明雄[7]对澜沧铅矿凝灰岩垮塌机制进行了化学实验，表明凝灰岩的垮塌与化学离子的溶出有很大关系。上述研究虽然对凝灰岩膨胀变形从膨胀机理、化学成分组成等方面进行了研究，但对巷道变形控制仍不能提供直接意见，有必要对凝灰岩的膨胀性进行定量评价，为凝灰岩巷道的支护和处置提供科学依据。
2 自由膨胀率试验研究
2.1 试验结果计算
试验仪器及试验过程严格执行《土工试验方法标准》（GB/T50123-2019）中的相关规定，自由膨胀率的计算如下：
FS——自由膨胀率；V1——膨胀后的体积；V0——试样的原体积。
（进行平行试验时允许误差为：当FS﹤60%时为5%；当FS≧60%时为8%）
2.2 自由膨胀试验结果
对澜沧铅矿凝灰岩所取样品进行自由膨胀试验，得到自由膨胀率，见表1，对所取样品进行不同粒径的破碎，并进行自由膨胀试验，试验结果见表2。
2.3 试验结果分析
0.5毫米2毫米从试验的结果来看﹤的岩石试样平均膨胀率为18%，自由膨胀率最大，1—的试样膨胀率最小，平均只有15%，由此可知自由膨胀率的大小和粒径成反比的关系，自由膨胀率的大小受粒径的影响很大。其原因主要是：首先，粒径小的岩石试样其总体的表面积大，能和水充分的发生反应；其次，粒径大的岩石试样其中间的空隙较大岩石和水接触反应发生膨胀后，其中有一部分的膨胀量被用来充填其中的空隙，另一部分的膨胀量用来反映试样的体积变化—自由膨胀率；最后，粒径小的岩石试样其颗粒小，水容易进入岩石内部，而颗粒大的岩石试样粒径大，水不容易进入岩石的内部，即岩石试样被浸水后由于颗粒内部的胶结力的作用有一部分的膨胀力没有完全的释放，所以粒径大的试样自由膨胀率相对就变小了。按照膨胀性软岩分级标准划分[8]，澜沧铅矿凝灰岩为中膨胀性软岩。
图1 膨胀率与粒径的关系
3凝灰岩膨胀率试验研究
澜沧铅矿凝灰岩膨胀率试验进行无荷载与有荷载两种试验方式，荷载强度分别为0KPa、12.5 KPa、25KPa、50KPa、100 Kpa；试样来源于澜沧铅矿生产现场巷道取样的凝灰岩，由于凝灰岩受断层及地下水的影响，凝灰岩无法制成标准样，因此本次试验采用重塑样进行室内试验，即现场所取试样经破碎、磨细后，加工成土状样进行相关试验。试验严格执行《土工试验方法标准》（GB/T50123-2019）中的相关试验标准。
3.1 试验结果
对凝灰岩进行不同荷载膨胀率测试试验，试验结果见表3，随着时间的进行，凝灰岩在不同荷载情况下均表现出一定的膨胀性。
3.2试验结果分析
从表3可以知：①从膨胀率可见，凝灰岩在不同荷载下的膨胀率是不同的。无荷载状态下，膨胀量最大，随着外荷载的增加，膨胀量逐渐降低；②随着荷载的增加，膨胀率表现出逐渐减低的趋势，当外荷载增加到500KPa后，膨胀变形基本不再发生。当外荷载不足以克服膨胀力时，膨胀变形总会发生，只是由于外荷载的存在，使膨胀减弱，但初始膨胀变形仍然很大；③在一次浸水膨胀中，初期膨胀速度最快，一般在30min. ～60min.内已完成基本膨胀，后期虽然有膨胀发生，但显现缓慢，初期快速膨胀的时间一般在1h内完成。
图2膨胀率与时间关系图
4膨胀力试验研究
膨胀矿物的膨胀主要取决于膨胀矿物的含量以及膨胀矿物的亲水程度。为了研究水含量对膨胀力的影响。本次试验对B3取样段的围岩进行了系统取样，对不同含水率的岩石进行了膨胀力的测定。试验严格执行《土工试验方法标准》（GB/T50123-2019）中的相关试验标准。
4.1试验结果
对不同含水率的凝灰岩进行膨胀力试验测试，膨胀力测试过程数据见结果见表4，不同含水率下的膨胀力测试结果见表5。
4.2 试验结果分析
膨胀力随时间的延长逐渐增大，最后趋于稳定状态，一般在2~3小时内。在初始阶段膨胀力增长速度较快，呈非线性状态。初始快速膨胀的时间一般在1小时内，该结论与膨胀率试验结果基本一致。随着含水率的不断增加，膨胀力逐渐降低，该试验规律同膨胀率试验规律；从试验结果可见，最大膨胀力达0.52MPa，最小膨胀力仅0.012Mpa。
5 结论
（1）澜沧铅矿凝灰岩在水的作用下很快发生膨胀，自由膨胀率7%~18%之间，属于中膨胀性软岩，该凝灰岩的自由膨胀率受粒径影响很大，粒径越小，膨胀率越高；
（2）澜沧铅矿凝灰岩荷载作用下膨胀率不同，荷载越大膨胀率越小，无荷载状态下膨胀量最大，当荷载达到500KPa后，膨胀变形基本不会发生，凝灰岩快速膨胀的时间一般在1h内完成；
（3）膨胀力随时间的延长逐渐增大，最后趋于稳定状态，在初始阶段膨胀力增长速度较快，呈非线性状态。随着含水率的不断增加，膨胀力逐渐降低，最大膨胀力可达0.5MPa。
本试验结果可为澜沧铅矿巷道支护强度设计和支护方式选取提供数据支撑。
参考文献
[1] Joseph S.Y. Wang, T.N. Narasimhan. Fluid flow in partially saturated，welded- nonwelded tuff units[J]. Geoderma,1990, 46: 155-168.
[2] 谭罗荣.蚀变凝灰岩的微观特性与水稳定性的关系[J].岩土工程学报,1990(06):70-75.
[3] L. Ma, J.J.K. Daemen. An experimental study on creep of welded tuff [J]. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 2006,43: 282-291.
[4] 何尽川. 澜沧铅锌矿凝灰岩软岩巷道破坏机理分析及支护参数优化研究[D].昆明理工大学,2010.
[5] 田保同. 膨胀性凝灰岩崩解特性实验研究[D].长沙理工大学,2012.
[6] 马洪杰. 澜沧铅矿凝灰岩膨胀性与崩解特性研究[D].长沙理工大学,2012.
[7] 郑明雄. 澜沧老厂铅矿凝灰岩膨胀垮塌机制及防塌钻井液研究[D].昆明理工大学,2013.
[8 ]朱训国,杨庆.膨胀岩的判别与分类标准[J].岩土力学,2009,30(S2):174-177.