人类的工程活动例如采矿、隧道、边坡、石油钻井等开挖工程的力学实质是对岩体进行卸荷,卸荷破坏是工程岩体破坏的重要形式。另外,不管是在加载还是卸载条件下,剪切破坏是岩石的基本破坏形式之一。因此,对卸荷条件下的岩石剪切力学行为的研究具有重要的工程和理论意义。基于此,论文依托国家自然科学基金面上项目“高残余应力下卸荷破裂硬岩的流变特性及时效扩展机理研究”(41172243),设计了法向卸荷直剪试验,采用红砂岩为原样制备单裂隙试样,对直剪试验及法向卸荷直剪试验条件下单裂隙砂岩的变形、强度和破裂演化模式及机制进行了研究。主要研究工作和成果如下:(1)提出了能够模拟岩石法向卸荷条件下剪切破坏的卸荷直剪试验方法,并对含单裂隙砂岩进行了试验研究,考察了不同试验条件下单裂隙砂岩的卸荷剪切力学行为。(2)对制备的单裂隙砂岩试样进行了恒定法向应力条件下的常规直剪试验,揭示了裂隙倾角对岩体的剪切强度及破裂的影响规律,确定了单裂隙砂岩抗剪强度的最大值和最小值,为法向卸荷直剪试验的初始剪应力的取值提供参考。(3)开展了相同初始剪切应力、不同初始法向应力条件和相同初始法向应力、不同初始剪应力条件下法向卸荷直剪试验研究。揭示了法向卸荷剪切条件下单裂隙岩体变形及卸荷剪胀特征和破坏时法向应力、卸荷比等强度特征,阐述了初始应力和裂隙倾角对岩体法向卸荷剪切变形和强度的影响规律。(4)采用高清摄像机全过程记录了法向卸荷直剪试验中岩体的破裂演化过程,揭示了不同裂隙倾角岩体卸荷剪切的破裂演化及破裂模式,明确了裂隙倾角对破裂模式的影响规律,阐述了恒定法向应力与法向卸荷条件下单裂隙岩体直接剪切破裂差异性规律。