为了分析隧洞的初始裂纹中的水力劈裂的发生机理，取洞内水压为2.5MPa。此时，水压力远大于洞顶的压力，裂纹处于张开状态。当水头由0增加2.5MPa时，初始裂纹在水压力的驱动下沿着强度较小的泥岩夹层扩展。

图6.4　隧洞周围的控制点

表6.3为不同大小的水压作用下隧洞的混凝土衬砌和泥岩界面处控制点的位移，控制点的位置如图6.4所示的结点。当水压力为2.5MPa时，控制结点的位移与水压为0.5122时的值相比要大得多，即高水压力会对岩体隧洞周围产生较大的变形。从表中数据可知，不考虑裂纹时的洞顶和洞底的控制点的竖向位移比其他两种方案的值略大，这是由于不考虑裂纹的存在时，水压全部作用在隧洞的内壁上，故此方案对洞顶和洞底产生的竖向变形最大。

表6.3　隧洞周围的控制点位移　单位：mm

在水力劈裂过程中，由于泥岩的材料强度比较小，泥岩的临界能量释放率小于水力裂纹扩展过程中的能量释放率，且水压力大于泥岩的抗拉强度，故水力裂纹可以在泥岩夹层内扩展。裂纹在泥岩中的扩展路径如图6.5所示，由于隧洞结构和受力是对称的，在洞内壁水压和裂纹内水压的共同作用下，裂纹沿着初始裂纹方向向前扩展，为Ⅰ型破坏，图6.5的扩展路径和理论分析比较符合。(www.daowen.com)

图6.5　隧洞中水力裂纹扩展路径示意图

表6.4为裂纹在泥岩中扩展过程的能量释放率的值，从表中数据可知，在扩展过程中，裂尖的能量释放率逐渐增大，且大于泥岩的断裂韧度（临界能量释放率），直到扩展至强度较大的砂岩，由于其小于砂岩的临界能量释放率，故不再扩展。

表6.4　裂纹扩展过程中的能量释放率G　单位：Pa·m