岩石材料的本构模型和裂纹扩展模拟方法是岩土工程中两个相关联的重要问题。由于连续介质力学模型建模简单、适应性强，所以一直是岩石断裂破坏分析的普遍方法。但是连续介质力学模型是建立在连续层次基础上的理论体系，它不包含材料微观结构，在模拟断裂问题时需要外部的断裂准则，而且本身也不包含断裂机理，因而具有一定的局限性。岩石是具有复杂细观结构的天然地质材料，其宏观力学特性决定于细观结构的力学属性，因此若能从细观结构出发建立岩石宏观本构模型将具有重要的意义。增强虚内键模型(AugmentedVirtualInternalBond，AVIB)是以虚内键(VirtualInternalBond，VIB)理论为基础而建立的一种多尺度本构模型，它为从岩石细观结构进行宏观本构建模提供了一个有效的途径。但是原AVIB模型不能够反映岩石的三轴强度特征。岩石一般处于三向受压的地应力中，因此原AVIB模型还不能很好地应用于岩石断裂破坏分析。为了使AVIB能够再现岩石材料的三轴强度特征，进而能够模拟复杂应力状态下的岩石力学行为。本论文对原AVIB进行改进，创造性地在AVIB模型中考虑了微元的应力效应。由AVIB本构模型的特点可知，材料宏观强度决定于虚内键微观尺度常数。本文认为虚内键微观尺度常数与所处的微元应力状态有关，根据岩石宏观三轴抗压强度准则定义了应力效应系数，并通过虚内键微观尺度常数直接将该系数引入到原AVIB模型中。数模拟结果表明，这种改进的AVIB模型能够很好地模拟岩石峰前力学行为，并能够再现岩石三轴抗压强度特征，为AVIB模型更好地应用于岩土工程以及在岩石类材料破坏分析方面奠定了基础。但仅靠改进的AVIB模型还能很好地模拟岩石应力跌落和跌落后的残余强度问题。　　 为了描述岩石的应力跌落现象，本论文建立了一种新的跌落模型。首先，以材料局部化理论和最大主应变理论为基础，提出了两个应力跌落准则。以局部化理论为基础的应力跌落准则认为:岩石微元的局部化张量对应的矩阵奇异时，该微元将发生应力跌落;而以最大主应变理论为基础的跌落准则认为:当岩石微元的最大压应变超过某一应变值时，该微元将发生应力跌落。其次，由于岩石微元的最大应力差对受压状态下的岩石破坏起着关键作用，因此假定在应力跌落过程中第二主应力保持不变，并且跌落到残余Mohr-Coulomb屈服面上;在主应力空间中，岩石微元可看作为一个三轴“试件”，则该微元的第一主应力跌落幅值由围压下跌落指标计算，再根据Mohr-Coulomb屈服函数，跌落后的第三主应力也可确定，然后将主应力坐标系下的应力张量变换到一般坐标系，即可得到跌落后的应力状态。应力跌落后，假设岩石满足Mohr-Coulomb屈服准则，推导了相应的理想塑性本构模型，用于描述岩石的残余塑性流动状态。结合改进的AVIB模型、应力跌落模型以及残余塑性本构模型对三轴受压下岩石的全过程轴向应力-应变曲线进行模拟，结果表明，本方法基本能够再现常规三轴压缩下岩石的全过程应力-应变曲线。通过对比两种应力跌落准则的模拟结果，由最大主应变法跌落准则所得结果更接近于试验结果，因而对于岩石材料，最大主应变跌落准则优于局部张量法准则。　　 在岩石断裂分析中，除了具有合适的本构模型外，高效的断裂模拟方法也是必不可少的。单元劈裂法(EPM)是近年来刚刚提出的一种断裂模拟方法，它无需网格重划分以及节理单元设置，可在原网格模型的基础上直接对裂纹扩展进行模拟，使得裂纹模拟大为简化。但原EPM包含节理厚度参数，而节理厚度较难测定，因而应用起来不甚方便。为了克服这一缺点，本文在原EPM的基础上，建立了无厚度单元劈裂法。通过对相关试验进行模拟，表明了本方法是有效的。　　 为了进一步展示本文所提方法的有效性，将其应用于多裂纹混凝土坝和引水隧道的破坏分析，结果表明本方法是模拟岩石和混凝土材料裂纹扩展的一种高效方法。　　 本文建立的改进AVIB本构模型、应力跌落模型、残余本构以及无厚度单元劈裂法将为岩石断裂破坏分析提供一套更为合理的理论模型和数值模拟方法。