我国西部地区岩溶现象丰富,在长期的岩溶作用下,岩体中形成了大量天然溶洞,控制着岩体的力学特性和变形破坏特征。相似地,隧道、巷道和采空区等也可视为人工洞室。这些自然或人工空区的围岩稳定性问题一直备受工程界和学术界的关注。在外荷载作用下,空区围岩易出现开裂、下沉和坍塌等失稳现象,给工程施工和运行造成重大安全隐患。大量工程实践表明,岩体内部遍布尺度不同、特性不一的不连续结构面,不仅劣化了岩体的强度和变形破坏特性,还使得岩体表现出复杂的各向异性、非均质性和非连续性特征。因此,空区围岩稳定性问题可归结为含孔洞裂隙脆性材料的力学问题。另一方面,工程中常用灌浆充填技术处治孔洞病害,灌浆材料充填孔洞后,与裂隙岩体存在相互作用,而目前研究较少考虑这种力学作用。本文基于岩体结构特征,提出涵盖围岩、孔洞、裂隙和灌浆体等要素的含孔洞裂隙岩体模型,综合采用室内试验、岩石破裂过程分析模拟、分形几何理论和数字图像相关方法,定量研究单轴压缩荷载作用下模型试件的力学特性和破裂行为,通过对比孔洞不充填和孔洞灌浆充填2种工况的研究结果,总结孔洞灌浆体的加固机制。主要研究内容如下:（1）开展含孔洞单裂隙水泥砂浆类岩石试件单轴压缩试验,运用RFPA软件数值研究裂纹扩展过程。对比孔洞不充填试件和孔洞灌浆充填试件的试验和数值模拟结果,分析裂隙倾角和孔洞灌浆体对应力环境、力学参数和破坏类型的影响。研究表明,孔洞灌浆体减轻了孔洞周边的应力集中,表现为最大压应力和最大拉应力下降。试件最终破坏类型、力学参数及其孔洞灌浆充填后的变化幅度与预制裂隙倾角紧密相关,水平和竖直裂隙这2种结构型式的试件均呈现为穿切岩桥破坏;而倾斜裂隙试件的破坏受预制裂隙控制,使得峰值强度和残余强度最小,但这2种参数孔洞灌浆充填后增幅最大。（2）运用3D打印技术制备含孔洞双裂隙类岩石试件,结合数字图像相关方法对压缩过程中的试件进行非接触式、全场观测。计算水平应变、垂直应变和剪切应变3个分量的协方差矩阵,引入应变场有效方差量化分析和识别试件破裂行为。研究表明,砂型试件的力学性能与真实砂岩相似,可归结为类岩石材料。结合DIC计算结果,成功识别出3种基本裂纹。孔洞和裂隙之间的贯通类型受两者之间水平距离的影响,可分为张拉贯通、转动贯通以及拉剪混合贯通。应变场有效方差能够精细化描述应变场演化过程。初始压密和弹性阶段的应变场有效方差接近于0,裂纹萌生后表现出不同的演化规律。在此基础上,提出一种基于应变场有效方差的裂纹类型定量识别方法。（3）以含孔洞连续多裂隙模型为研究对象,水泥砂浆为试验材料,对模型试件进行单轴压缩试验和RFPA数值模拟。引入盒维数法计算分形维数,以此定量表征新生裂纹几何分布的分形特征及其与破裂特性的相关性。研究表明,孔洞充填前后试件最终破坏类型可划分为穿切岩桥剪切破坏和沿裂隙剪切破坏2类。孔洞灌浆体未改变试件的最终破坏类型,但减轻了孔洞周边的应力集中,提高了试件的力学特性。试件最终破坏后的分形维数与裂隙倾角及孔洞灌浆体密切相关。随着裂隙倾角的增大,分形维数呈先减小后增大的变化规律;在相同裂隙倾角条件下,孔洞灌浆充填试件的分形维数大于孔洞不充填试件。进一步对试件最终破坏后的分形维数与宏观力学参数进行数据拟合发现,两者之间的关系可由单指数增长函数模型表示。（4）采用天然砂岩制备含孔洞断续多裂隙试件,对试件进行单轴压缩试验,结合数字图像相关方法捕捉加载过程中试件表面的变形场,定量分析裂纹演化的力学机制及孔洞灌浆体的影响效应。进一步提炼DIC测量结果,包括新生裂纹两侧计算点位移矢量分析和全场应变离散演化分析。研究表明:孔洞灌浆体提高了试件的力学性质,表现为峰值强度、弹性模量和残余强度增大。通过位移矢量分析,成功识别出4种基本裂纹,总结出9种裂纹间的贯通类型和6种孔洞与裂隙间的贯通类型。孔洞灌浆充填前后试件的裂纹扩展特征有所差异,尤其是裂隙倾角为45°和60°的试件,其裂纹贯通类型发生了改变。对应变场有效方差进行差分求导计算,采用应变场有效方差的分异速率定量描述应变场演化规律。根据有效方差分异速率的演化特征,提出一种识别前兆异常的方法,定量描述孔洞灌浆体对前兆异常特征的影响规律。相比于孔洞不充填试件,孔洞灌浆充填试件前兆点出现应力更大,出现时间更晚,但相应的前兆应力比和时间比更小。