膨胀岩的膨胀力和膨胀变形与其含水量或湿度直接相关，在膨胀岩体中开挖巷道，若能事先给定围岩的湿度分布情况，便可了解和计算支护结构受到围岩作用的膨胀荷载，有利于支护结构的合理设计。但令人遗憾的是，迄今为止，国内外尚没有人对膨胀岩中巷道围岩的湿度分布特征进行过研究。本论文创新地采用相似材料模型试验方法，对采用钻爆法施工的巷道围岩含水量与原始应力大小、巷道开挖工艺的关系进行试验研究，探索膨胀性围岩在不同的地质环境和施工工艺条件下的湿度分布规律，为膨胀岩巷道合理支护与施工提供依据。本文首先进行了相似材料模型试验设计，包括相似材料研制、含水量测试仪器的研制和模型试验设计三部分内容。相似材料研制中包括膨胀岩相似材料的研制、锚喷支护材料选用与仰拱相似材料设计三部分内容，含水量测试仪的研发主要包括测试仪器的研发和湿度传感器的研制和标定，模型试验设计涉及试验装置设计和巷道断面设计两部分内容。通过相似材料配比试验研究，得到了能较好模拟膨胀岩的模型材料配比，即细砂:膨润土:石膏:水泥:水=1000:1200:450:350:700，控制含水量为23.3%，以便于模型浇注以及相关参数量测。湿度传感器的研制考虑制作方便性，采取了简单的直线电极形式，以石膏为湿敏材料，制作了相似材料含水量量测传感器。根据传感器的电阻值与含水量的关系对传感器进行了标定，并采用多项式对标定结果进行拟合。然后，重点开展了膨胀岩中巷道围岩湿度场和应力场模型试验研究。相似材料模型试验研究基于巷道采用钻爆法开挖、锚杆＋喷射混凝土支护，考虑工程所处的初始应力水平、是否设置仰拱以及仰拱设置时机三个因素，共设计了三个模型、共六个方案，以探索膨胀岩中巷道围岩的湿度场分布特征，同时兼顾巷道围岩应力、巷道拱顶和边邦变形的数据采集分析。通过模型试验研究可知：①巷道开挖及支护过程中的施工用水，对围岩含水量大小及其分布有重要影响，主要呈上小下大的含水量分布特征。围岩的起始含水量对最终的含水量分布也有影响，但是没有开挖时的施工用水影响显著。②三个模型试验的含水量分布特点大致相同，由于施工用水主要滞留在底板上，在巷道底部形成高含水量区域，再经过渗透与毛细作用，水分分别向远离洞壁以及拱顶位置迁移。③应力环境对围岩含水量影响不明显。这是因为虽然高应力环境下施工用水的渗透速度较低应力环境下小，但随着时间的推移，渗透会持续进行，因而不会造成围岩中某点的含水量在高、低应力环境下的差异。④巷道围岩在开挖后产生了明显的卸荷现象和应力重分布，其应力变化规律是：从靠近洞壁到远离洞壁，围岩应力先快速增大至某一极值，随后下降至某一稳定值，表现为先增大后减小的变化规律。⑤是否构筑仰拱及构筑仰拱的时机对围岩含水量分布影响很明显。仰拱对底板的保护作用就是避免底板长时间浸水。从支护时机来看，滞后20m与滞后50m的情况，越早构筑仰拱效果越好，使得底板尽早被保护起来，避免不必要的水分增加。