3.1.1 根据钢梁稳定性进行计算
膨胀性泥岩巷道变形主要受地下水及井下潮湿空气的影响。巷道开挖前原岩应力保持相对平衡，在巷道开挖过程中爆破震动形成的裂隙和巷道支护过程中湿式打眼等使井下潮湿空气、地下水渗透到巷道轮廓2.5m以外甚至更远，这为膨胀性泥岩巷道遇水变形创造了条件。为便于研究，将巷道支护32#工字钢横梁等效为两端固定的压杆结构，两侧围岩膨胀变形的力简化为等效力。在侧向压力的作用下，当压力达到临界力Fcr时，钢梁向弱结构面发生弯曲变形，当侧向压力继续增大则导致钢梁变形破坏，通过计算使钢梁发生弯曲变形的外力等效求出软岩巷道吸水膨胀的膨胀力。具体计算如下：
式中：λ——钢梁柔度值；
E——钢梁的弹性模量，MPa；
σs——钢梁抗压强度，MPa；
σcr——钢梁临界应力，MPa。
将E=2×105MPa和σs=235MPa代入式（2），得到钢梁柔度为121＞λp，这表明钢梁可按照细长杆模型计算其临界应力。根据式（3），得到钢材的变形的临界应力为135MPa，表明当32#钢梁受到135MPa的压力时，即巷道两侧的围岩膨胀产生的侧压达到67.5MPa时，钢梁将处于弯曲极限平衡状态，随着膨胀力的继续增大，钢梁将继续变形直至破坏。
3.1.2 根据围岩应力场变化进行计算
根据上文所述，膨胀性围岩含水率的变化引起巷道围岩膨胀率及应力场的变化，根据圆形巷道在平面应力情况下围岩遇水作用应力分量及围岩变形量得出：
式中：σr——巷道围岩吸水膨胀径向应力分量，MPa；
E岩——巷道围岩的弹性模量，取0.074×104MPa；(www.xing528.com)
α——膨胀系数，取0.33；
r——巷道支护深度至巷道中心的距离，取4.84m；
r0——巷道等效半径，取2.34m；
W0——岩石原始吸水率，取14%；
t——吸水时间，取30d；
Wb——岩石饱和含水率，取35%；
μ——岩石泊松比，取0.34；
σθ——巷道围岩吸水膨胀切向应力分量，MPa；
u——围岩吸水膨胀变形量，mm。
经计算，σr等于59MPa，与32#工字钢钢梁发生变形破坏的外力基本一致，u等于440mm。围岩变形量及应力变化曲线如图1所示。由图1（a）可知，距离巷道表面越远，巷道膨胀变形量越小，在同一位置，巷道围岩膨胀量随时间的增加而增大。由图1（b）可知，在2.5m范围内，巷道径向应力随距离巷道表面增大而增大，但当达到2.5m后，径向应力逐渐趋于稳定，巷道表面径向应力为恒值。
图1 围岩变形量及应力变化曲线
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