近年来,随着工程领域的地下空间开发不断走向深部,矿山开采深度达到1000m以下,水电工程中锦屏引水隧洞的最大埋深为2525m。随着这些工程的相继出现,带来了高地温、高地压以及高水压、气压的特殊环境,同时工程中的岩体,由于开挖卸荷也诱发了围岩的岩爆弹射破坏。鉴于这些特殊环境下的实际工程,对温度作用下岩石的力学形态变化和破坏机制的研究具有重要的工程实践意义。本文开展了单轴压缩试验、抗拉试验以及真三轴卸荷试验,借此研究了不同温度作用方式下的岩爆倾向性指数,岩石脆性破坏的温度效应,模拟了卸荷条件下岩石脆性破坏和岩爆的过程。主要取得了以下成果:(1)花岗岩的单轴压缩试验表明,在20℃~100℃区间内的实时加温时,峰值强度随着温度的升高总体呈增大的趋势,但在40℃和50℃时,由于岩石内部晶体膨胀存在的明显差异性,使整体强度有所降低。对于花岗岩的抗拉强度和储能极限,则随着温度的升高而降低,同时花岗岩的脆性指数随着温度的升高而逐渐上升,并且提升的速率随温度的升高而增大。(2)在40℃~220℃区间内一次加温后的试验表明,在160℃以下花岗岩的抗压强度随着温度的升高而升高,160℃~220℃加温后,岩石的强度呈现下降的趋势。分析认为,在160℃以下加温处理后花岗岩内部大部分水分蒸发,提升了岩石强度;而160℃~220℃加温可使岩样产生热损伤,进而造成其抗压强度逐渐降低。脆性指数随着温度的升高呈现先升高后下降的趋势。从花岗岩的破坏特征分析,各个试件均为张剪复合型破坏,在温度40℃~140℃为张剪性破坏,有两条甚至多条的张性裂缝;从温度160℃~220℃则均出现两条非常明显的近似呈共轭X型的剪切裂缝,有主要的剪切面和次一级的弱剪切面。(3)在40℃~100℃区间内的循环加温(6次)作用下,岩石的抗拉强度、抗压强度均随着温度的升高而升高,但抗拉强度随温度升高的趋势较缓。(4)通过两种不同的加温方式,进行花岗岩真三轴卸荷弹射试验,第一种为过程温度,近似模拟高地温隧道的施工开挖,将岩样加温至设定温度后暴露于室温进行三轴试验;第二种为当量温度,指花岗岩在该温度结合不同加温方式(一次加温或者循环加温过后)下的脆性指数与岩石在实时加温的不同温度下得出的相同指数值相当的温度。通过监测岩样临空面的温度,观测到随着破裂活动的出现温度有所上升,在20℃~100℃时的过程温度与当量温度模式下,随温度的升高其上升幅度(温度差)也增大。(5)在硬岩真三轴卸荷弹射试验中,当按照过程温度模式试验时(20℃~100℃),随着岩样温度的升高,卸荷后岩石临空面上的初期破裂(细小裂纹和裂缝)呈现减少趋势,岩样最终的破裂却随着温度升高而变得强烈,板裂现象更加明显,弹射出的岩块尺寸更大并且岩屑也更多。这些现象说明在试验温度范围内随着温度升高,岩石的脆性增强,最终破裂前岩石储存的应变能更高,才会导致岩爆更加强烈。从声发射率和AE能率考虑:初始压密变形阶段有低能率的声发射活动产生,弹性变形阶段则是能率释放的平静期,进入弹塑性变形阶段随着微裂纹的产生和扩展会有能量较低的声发射活动发生,主要的高能量的声发射活动都集中在非线性破坏后阶段;随着过程温度升高,岩石声发射计数和能率也升高,80℃和100℃时,有两个波峰阶段,AE能量也更密集、幅值更高,说明此时内部裂纹扩展运动剧烈。(6)对于过程温度和当量温度模式下(20℃~100℃),花岗岩的峰值强度随着温度的升高均呈现上升的趋势,并且在岩样破坏时的破裂特性、以及AE计数和AE能量等多方面上表现出基本相一致的规律性。而在岩样发生的破裂次数上,在60℃和80℃时,当量温度要多于过程温度;对于岩石破坏前后的温差值,在40℃~100℃时,过程温度要大于当量温度,认为在岩样破坏时,过程温度模式下岩石存储的能量更高,在岩爆破坏时可释放的弹性应变能也越多,则此时产生的较多耗散能按一定比例以热能的形式出现。同样在40℃~100℃时,对于花岗岩在压密阶段至塑性变形阶段时的接收到的声发射计数,当量温度在规模和幅值上均要强于过程温度;在40℃~80℃区间内,失稳破坏至峰值强度阶段时的声发射计数,过程温度则要强于当量温度,而在100℃时两者所监测到的AE计数和AE能量都极度接近。