为了实现从岩石断裂结构面的形貌特征来反推岩石形变和断裂的力学行为和力学机理,本论文研究了岩石在不同加载方式下岩石断裂结构面的形貌特征差异。本论文均采用岩石力学试验中的典型试验—巴西劈裂试验,分别对直径为112mm,厚度为28mm、直径为50mm,厚度为20mm的花岗岩巴西圆盘以及直径为50mm,厚度为25mm的大理岩和砂岩巴西圆盘进行巴西劈裂试验。首先,由MTS (Mechanics Testing Systems)机分别对巴西圆盘试件进行不同速率的加载至断裂失稳；其次,先由MTS机将圆盘加载至断裂强度阈值的1/2、2/3、3/4大小,再将圆盘沿圆盘所在的平面绕中心顺时针旋转30°或45。角(自定义为：预加载转角30°或45。),继而加载至断裂失稳。最后,自定义了岩石断裂面上中心剖线的法向量的方向角和偏态系数的概念,以及对所采集的数据,利用几种先进的数学模型,如数理统计、小波分析和分形理论,进行分析和研究,从而得出如下结论：1)花岗岩试件中心剖线上法向量的角度分布具有明显的尺度效应,即随着测量尺度的增大,法向量的方向角数据样本的分布越来越接近于正态分布；2)花岗岩试件中心剖线的偏态系数也具有明显的尺度效应,当测量尺度越小时,其偏态系数越大,说明中心剖线的粗糙度越偏离自定义的标准粗糙度。再者,偏态系数的改变对静载范围内加载速率变化的敏感性并不明显,说明数理统计方法在检测岩石断裂面粗糙度的变化对静载范围内速率改变的敏感性方面,效果并不十分明显；3)由小波分析中的模极大法自定义能量算法和信噪比,研究发现自定义能量、信噪比和分形变差法均能表现出对试件的预加载转角的差异性,即未转角试件的能量和信噪比分别大于预加载转角试件的能量和信噪比,而未转角试件的分形变差却小于预加载转角试件的分形变差,但在对加载速率的敏感性方面,分形变差法显得比模极大法更为明显,即在静载范围内,加载速率越大,岩石断裂面的分形变差越大；4)试件在预加载转角前所受的平均断裂阈值的1/2、2/3、3/4的载荷,致使圆盘试件内部造成了一定程度的损伤,并产生一定量的微裂隙。这一结论基本否定了先前部分研究人员所认定的结果,即岩石只有在断裂破坏失稳的瞬间才受到严重损伤而进发出大量能量；5)在同一加载方式下,大理岩的分形变差大于砂岩的分形变差,表明大理岩断面的粗糙程度较砂岩的更大,并且大理岩断面的粗糙度变化对预加载角度改变的敏感性比砂岩更为明显,即改变同样的预加载角度,大理岩分形变差的变化程度比砂岩分形变差的变化程度更大；6)从纯数学角度,进行了分形插值函数模型的研究,揭示了分形插值函数的分数阶积分是闭域上的连续函数以及分形插值函数的分数阶积分仍然是分形插值函数的事实。为在后继研究中,试图将分形插值函数的分数阶微积分应用于岩石断裂面的形貌研究打下坚实的理论基础,并尽可能发现其实际应用背景。