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近年来,随着我国“十三五”规划的实施和城镇化的进程,隧道工程建设的数量日益增长。但在我国大规模隧道工程中,隧道穿越软弱围岩时仍面临许多技术难题。由于软弱围岩本身强度较低且变形大,从而导致工程易发生支护结构破坏甚至坍塌。因此,为解决隧道软岩的设计及施工问题,有必要对隧道软弱围岩的工程特性展开研究。本文基于正交设计,通过对隧道软弱围岩相似材料的试验研究,可以为隧道软弱围岩模型试验和相似材料研究提供理论依据和技术支撑。本文以湖南省教育厅科学研究优秀青年项目—“隧道软弱破碎围岩注浆试验研究”为依托,深入开展隧道软弱围岩相似材料的试验研究,采用全自动三轴仪得到相似材料正交试验的三种力学参数,利用ORIGIN和MATLAB等软件对隧道软弱围岩相似材料进行分析研究。主要研究成果如下:(1)采取三轴剪切试验和重复试验研究隧道围岩特性,以Ⅴ级隧道软弱围岩力学参数为参照指标,选用石英砂、高岭土、石膏、水和洗衣液,基于正交设计,得到了符合ⅤV级隧道软弱围岩各力学参数的相似材料;(2)整理试验所得力学参数内摩擦角φ、黏聚力c和重度γ的原始试验数据,对相似材料的配比进行调整,得到了符合Ⅴ级隧道软弱围岩相似材料的最佳配比;(3)采用ORIGIN软件和极差分析法对试验各影响因素进行敏感性分析,得出了相似材料各组成部分对材料本身物理力学性能的影响程度和影响趋势;(4)采用MATLAB软件对试验数据进行回归分析,得到了各因素与相似材料参照指标间的经验方程及其变化规律。