伴随着世界上大型水利水电工程、采矿工程以及核废料储存工程的建设，许多国家开展了深部岩石力学问题的研究。室内试验和现场观测表明，岩石的破坏过程与扩容密切相关，理解岩石的扩容行为对于研究岩石的破坏机理和指导工程实践具有十分重要的意义。本文在前人试验研究的基础上，结合理论分析，采用非线性拟合方法建立了一个岩石剪胀角模型，在连续介质范畴研究岩石在破坏过程中的扩容机理，探讨岩体膨胀对地下工程开挖诱导的围岩破坏、变形和支护作用的影响。取得的主要成果如下：　　 (1)分析和总结岩石在三轴压缩变形过程的体积膨胀行为，基于体积应变测量数据，结合塑性力学理论，采用非线性拟合方法建立了一个同时考虑围压和塑性剪切应变为影响因素的剪胀角模型。根据模型的响应并结合岩石颗粒尺寸和单轴抗压强度，该模型被推广到四种岩石类型：粗粒径硬岩、中粒径硬岩、细-中粒径软岩和细粒径软硬。　　 (2)根据FLAC应变软化模型非关联塑性流动法则的计算原理，推导了剪胀角模型中的塑性剪切应变与FLAC应变软化模型中塑性参数的关系，采用FISH语言将该剪胀角模型嵌入应变软化模型中，建立了剪胀角模型模块。通过模拟岩石三轴压缩试验，探讨了岩石的扩容机理，证明了基于理想弹-塑性以及应变软化的恒定剪胀角模型产生不切实际的体积膨胀，其模拟结果与理论分析及试验数据不符，而本文提出的变化剪胀角模型能够正确反映岩石破坏过程中的非线性体积变化行为。　　 (3)分析地下工程岩体的脆性破坏特征，以加拿大Mine-by试验隧道为工程背景，采用优化的粘结强度弱化-摩擦强度强化模型(CWFS)探讨了恒定的剪胀角模型对隧道围岩脆性破坏深度和范围的影响。研究表明，对于模拟脆性硬岩的破坏，使用合适的本构模型并结合恒定的剪胀角值可以准确预测隧道破坏的形状，然而此方法忽略了围压和塑性剪切应变对岩体膨胀的影响，因此不能解释获得隧道开挖诱导的岩体位移。　　 (4)研究岩体峰值摩擦角和剪胀角的关系，并结合Hoek-Brown强度准则和GSI岩体分级系统，实现了剪胀角模型从完整岩石到岩体的转化。采用不同的本构模型(CWFS模型、应变软化模型、Mohr-Coulomb模型)模拟了岩体膨胀对隧道围岩位移分布的影响，论证了依赖围压和塑性剪切应变的剪胀角模型不仅可以预测隧道围岩的破坏形状，而且能够合理描述围岩的位移分布。　　 (5)以中粒径硬岩和中-细粒径软岩为例，探讨了隧道开挖边界附近的岩体膨胀对全长粘结式锚杆的轴力分布及锚固剂剪切屈服的影响，区分了依赖围压和塑性剪切应变的岩体剪胀与恒定的岩体剪胀对锚杆支护作用影响的差异性，同时分析了锚杆对岩体膨胀的抑制作用，为地下工程支护设计提供了一个有用的方法和手段。　　 (6)采用VC++语言编写了剪胀角模型程序，实现了剪胀角模型在FLAC3D中的执行。以加拿大Donkin-M0rien隧道为工程实例，研究了围压和塑性剪切应变依赖的岩体膨胀对隧道渐进开挖过程中围岩位移的影响，得出了模拟结果与实际测量值较为一致性的结论，从而证实了本文建立的剪胀角模型的正确性，并为其在更多地下工程的应用提供了理论与实践基础。