高地应力是我国西南地区的重要地质环境条件。随着西部大开发和大量深部岩体工程开挖，高应力环境中岩体开挖稳定性评价是近年来岩石力学及工程地质界的重要科学问题。项目以锦屏I级地下厂房和高边坡开挖为理论研究基地，通过岩石三轴卸荷、单轴压缩和裂隙岩体卸荷试验、岩石破裂面三维激光扫描和电镜扫描测试，结合断裂力学及能量原理，研究了高应力卸荷条件下岩石、裂隙岩体的卸荷力学性质及多尺度损伤破裂特征，阐述了卸荷损伤破裂的应变能耗散及释放规律及过程机制。 岩石卸荷力学性质方面：研究了卸荷速率、初始应力状态和卸荷应力路径对岩石变形、峰后应力脆性跃落、强度和破裂形态、破裂面细观粗糙度及微观特征的影响规律；阐述了卸荷过程中岩石变形模量、泊松比弱化和声波波速衰减规律；揭示了高应力条件下岩石快速卸荷破裂变形本质—峰值点附近及峰后强烈地向卸荷方向回弹变形和体积扩容。建立了卸荷条件下岩石变形破裂演化机制和本构模型。 裂隙岩体卸荷力学性质方面：研究了两种不同卸荷应力方式下不同倾角单裂隙岩体和不同倾角组合的双裂隙岩体的变形、强度、裂隙扩展和岩桥贯通演化模式；阐述了卸荷条件下裂隙扩展的差异卸荷回弹变形机制；结合能量原理，阐述了卸荷所形成的拉剪应力状态下裂隙扩展的断裂力学机理，并推导了裂隙起裂和动态扩展的应力强度因子。 岩石卸荷变形破裂的能量转化机制方面：研究了卸荷速率及初始应力状态对岩石卸荷损伤破裂过程中的能量吸聚、耗散及释放的影响规律；揭示了高应力卸荷条件下岩石峰前储存较多弹性应变能和相对较少的损伤耗能，而峰后弹性应变能快速大量释放和耗散的能量转化特征；定量描述了岩石破裂块度分形维与能量耗散及释放的相关性；建立了高应力卸荷条件下岩石损伤破裂的能量转化过程机制模型。 在岩石卸荷力学性质及本构模型研究的基础上，基于Griffth应变强度准则的弹脆塑性模型，提出了考虑脆性岩石卸荷破裂峰后显著扩容特性（剪胀）和岩石力学参数动态弱化的高应力岩体工程开挖数值模拟方法，并实例验证。 项目研究较好地达到了预期研究目标，已发表Sci论文1篇，Ei论文16篇。研究成果在高应力地区岩体工程开挖稳定性评价及灾害预警方面具有重要的理论意义和应用前景，也丰富了岩石力学理论研究。 2100433B

工程开挖、河谷下切及支护结构损伤均会致使岩体卸荷，对卸荷过程中岩石变形破坏机理的正确认识是岩体工程稳定性评价及灾害防治的关键基础问题。针对高地应力环境下岩石的不同卸荷过程，本项目拟通过室内三轴卸荷、物理模型及破裂面电镜扫描试验，结合理论及数值分析，探究不同初始应力状态、不同卸荷速率及不同卸荷应力路径下岩石变形破坏过程中的能量转化与传递规律，建立岩石强度、变形等参数与能量间的定量关系，揭示卸荷条件下岩石力学参数弱化的能量机理；确定岩石破坏块度及破裂面粗糙度分形维数与能量间的定量关系，揭示岩石卸荷破坏的宏-细-微观多尺度破裂特征及能量机理，建立岩石卸荷破坏程度及破裂方式的能量预测指标；基于损伤能量耗散率及剩余能量指标，建立综合考虑初始应力状态、卸荷速率及卸荷应力路径的岩石卸荷破坏能量判据。研究成果在高地应力地区大型岩体工程稳定性评价及岩爆预测等方面具有重要理论意义和应用前景。

通常是将岩块置于单轴压缩条件下进行试验,以获得它的变形性质。图1是粉砂岩的试验结果，其中AB和A′B′为20小时内的蠕变曲线。用普通压力机,只能得到岩样破坏以前的应力-应变(或变形)关系曲线，用近年研制成的“刚性压力机”还可得到破坏后的资料。利用这些试验结果,可以研究岩样的应力-应变全过程，阐明破坏机理和变形特性。

天然岩体常处于三向应力状态，因此也常在室内用三轴试验来研究周围压力对岩石变形的影响。试验表明，在围压较低的情况下，岩石往往呈脆性破坏，变形较小。围压超过一定程度以后，岩石表现出塑性流动性质，变形较大。

一般岩块由于包含的裂隙少,在同样受力条件下,所得变形远较裂隙岩块的变形小。对于工程设计，一般应用野外岩体试验所得的变形参量。

深部地下工程中的岩体处于高地应力状态，在开挖过程的加卸载扰动作用下，岩体内裂纹不断累积扩展、贯通直至形成宏观破裂，进而引发失稳灾害的问题日益突出。针对深部岩体破裂机制这一科学问题，项目拟采用高精度声发射定位监测技术开展一系列高应力加卸载条件下硬岩的常规三轴和真三轴实验，研究岩石在加卸载过程中特别是峰后破坏阶段的微裂纹时空演化规律和群集特征；借助Visual C 和AutoCAD系统开发的3-D显示平台，基于矩张量理论分析岩石内部不同破裂机制的微裂纹时空分布特征，揭示微裂纹破裂类型、滑移方向及相互作用机制与最终岩石失稳破坏的内在联系，总结不同应力路径下岩石微裂纹破裂机制的差异性，建立基于矩张量理论的硬岩破裂机制分析方法；最后，将研究成果应用于深部采场开采扰动作用下的矿柱声发射监测研究。本项目的开展将为高地应力开挖扰动岩体破裂机制研究和地压灾害监测技术应用提供理论指导和技术支撑。

本项目以水分迁移条件下岩石的时效变形及损伤弱化为研究背景，以水分迁移、应力腐蚀和损伤演化三场耦合作用为切入点，在试验结果的基础上提出水分迁移-应力腐蚀-损伤演化耦合作用的理论模型，并结合岩石细观非均匀性特征和流变特性，发展耦合作用下岩石变形时效性和破坏过程机理研究的三维数值模型，实现水分迁移导致的岩石裂纹萌生、扩展和贯通过程的模拟研究。通过在数值模型中采用基于并行计算的程序设计技术，实现岩石变形时效性和破坏过程的大规模科学计算研究。以此数值分析方法为主要手段，结合物理试验和与具体工程实例，研究水分迁移条件下岩石的时效变形及损伤弱化的内在机理，分析探讨高应力条件下有水影响和无水影响时地下洞室开挖和采矿活动期间的围岩变形时效性、破坏特点以及失稳的前兆规律，并着重研究开挖所造成的岩体扰动区受水影响的变形特征。相应的研究成果为地下空间开挖和深部矿产资源开采等工程施工提供科学的方法和依据。