地下隧道开挖工程中围岩的稳定性受到围岩中节理裂隙的重要影响,且地下工程往往有裂隙水的存在。为避免因为裂隙的启裂扩展而引发的工程事故,需研究渗透水压下裂隙的启裂机理以及水压力和裂隙几何尺寸等因素对裂隙启裂特性的影响,具有重要工程意义。研究裂隙在什么受力状态下达到极限状态,才能更好的选择适当的施工工艺和工程材料、安排工程进程,进而在保证工程的安全性的基础上,达到更优的性价比。前人关于裂隙的研究多是三维内置裂隙,三维内置裂隙的室内试验存在不易观察其内部发展的缺陷,数值模拟研究多采用PFC和FLAC 3D等离散元软件,具有前处理功能较差、运算速度低、颗粒数量受限等缺点。本文研究对象为具有代表意义的二维贯穿裂隙,采用预制有贯穿裂隙的水泥砂浆试件进行室内试验,可以直观的看到裂隙的启裂扩展过程。采用耦合了有限元和离散元的GDEM数值模拟软件对试验过程和隧道开挖进行了模拟。GDEM软件采用GPU并行技术,计算速度快,且其数值计算方法适用于岩土和隧道工程的模拟。本文主要开展和完成工作如下:(1)对比探讨了岩石力学中常用的几个断裂准则的判断标准、优缺点及其适用范围。建立岩体裂隙的力学模型,根据裂隙受力状态推导得到裂隙尖端的Ⅰ型和Ⅰ型应力强度因子。基于本文研究对象的特点和断裂准则的讨探,选择周群力压剪判据式来计算预制裂隙的启裂强度表达式,选择最大周向应力理论来计算预制裂隙的启裂角度表达式。并对裂隙受压闭合后的启裂强度进行了推导。(2)含裂隙水预制平面裂隙的单轴压缩室内试验,试验材料采用类岩石的水泥砂浆材料,浇筑预制有二维贯穿裂隙的试件,并在试件中预留注水孔。分别控制裂隙水压力、预制裂隙倾角、裂隙厚度等影响因素,记录试验裂隙启裂过程。得到试件的应力应变曲线,试验结果与理论解析解对比分析表明,预制裂隙的启裂方向随着裂隙倾角、水压力和裂隙厚度的增加而偏向裂隙原本方向,随着水压力的增加,试验记录得到的预制裂隙启裂强度变小,即裂隙水的存在促进了预制裂隙的启裂。(3)使用商业软件Ansys计算裂隙尖端应力强度因子,与解析解进行对比相互印证验证。采用Gmsh软件建模然后GDEM软件模拟渗透压下二维裂隙的启裂扩展,并探讨GDEM软件中预制裂隙尖端裂纹的形状对模拟结果的影响。采用GDEM软件模拟隧道开挖围岩稳定性,通过监测点记录的围岩变形等数据来探讨隧道尺寸、开挖方式、隧道周围环境和围岩节理因素对围岩稳定性的影响,结果标明围岩中节理的存在使隧道四周围岩因为开挖而产生的变形和应力增大。