水岩作用下岩石力学特性及损伤机理一直是岩石力学领域关注的前沿方向。岩体赋存于一定的地下水环境中,并处于饱水状态,地下水通过水岩作用使其组成成分改变、微孔隙生成、微裂隙扩展,损伤程度加剧,使其宏观上的强度和刚度等力学性能劣化,岩体更易变形且变形量更大。因此,开展水岩作用下岩石损伤演化规律的研究,对岩体工程的安全建设、营运及其长期稳定性具有重要的指导意义和良好的工程应用价值。关于水岩损伤机理的研究多从宏观尺度上研究岩石力学特性的变化,较少基于细观尺度上研究岩石孔隙结构的变化,此外,由于试验设备精度等限制的影响,试验过程中并不能做到实时、无损监测岩石内部细观结构的损伤演化规律,而岩石宏观力学特性变化的根本原因是岩石内部细观结构损伤演化的结果。为此本文采用理论分析、数值模拟和试验测试相结合的方法对水岩作用下岩石损伤演化规律进行研究。(1)分析了水岩作用下岩石损伤劣化理论和影响岩石损伤的主要因素;利用数值模拟软件分析了不同裂隙倾角和不同水压作用下岩石裂隙扩展演化规律;研究了水岩作用对岩石宏观力学特性的影响,得到了浸水时间与岩石单轴抗压强度和弹性模量之间的变化规律;基于应变等效性假设理论和统计微观损伤力学理论,建立了水岩作用和单轴载荷作用下本构模型,所建立的模型与单轴压缩试验的数据具有较好的吻合性,证明了将水岩和荷载共同作用下砂岩的应力-应变曲线分段进行表示的模型是合理的。(2)基于核磁共振技术,对不同岩性岩石进行核磁共振弛豫与核磁共振成像,得到了不同岩性岩石的核磁共振信号,获得了不同岩性岩石的细观结构特征,验证了岩石本身属性是影响岩石损伤的主要原因;对干燥和饱和砂岩进行核磁共振试验,分析了两种状态下砂岩的核磁共振特征,研究了砂岩内部束缚水和可动水含量及分布情况,揭示了干燥和饱和砂岩的细观结构特征和损伤演化规律。(3)利用核磁共振技术对浸水岩石进行细观结构试验研究,获得了不同浸水时间岩石的核磁共振特征,得到了浸水时间与核磁共振峰面积、孔隙度和渗透率之间的变化规律;通过核磁共振成像直观显示了不同浸水时间岩石内部孔隙结构演化规律;基于次生孔隙度和核磁共振试验数据,分别建立了以浸水时间、孔隙度和核磁共振峰面积为损伤变量的损伤本构关系。(4)研究了单轴压缩过程中不同损伤阶段饱水砂岩细观结构损伤演化规律,获得了不同损伤阶段砂岩的T2谱曲线、孔径分布特征、峰面积、孔隙度、渗透率等核磁共振特征和核磁共振成像,揭示了单轴压缩过程中损伤对岩石孔隙结构的影响。分析了中砂岩和细砂岩不同损伤阶段的细观结构,得到了岩石细观结构发生突变的损伤临界值,当小于损伤临界值时,岩石内部主要以微孔隙扩展为主,孔隙度和渗透率变化不明显;当大于损伤临界值时,岩石内部中孔隙和大孔隙数量迅速增加,岩石变形由弹性变形为主转变为以塑性变形为主,孔隙度和渗透率发生突变,岩石内部损伤严重。(5)为研究饱水岩石在渗流作用和围压作用下细观结构损伤演化规律,选取饱水细砂岩试样进行细观结构试验,采用核磁共振技术实时监测了试样在不同围压、不同水压、不同时间段及不同加载路径(动态围压和动态水压)下的核磁共振特征,包括核磁共振T2分布曲线、核磁共振峰面积等,得到了不同因素下饱水砂岩的孔隙度和渗透率变化规律,揭示了不同因素作用下岩石内部孔隙结构演化规律。(6)基于底板裂隙岩体流固耦合作用机理,建立了底板突水力学模型,推导了矿井底板突水力学判剧,并利用数值模拟软件分析了 4组模拟方案下底板突水的危险性。