岩石材料裂纹扩展问题一直以来都是岩土工程学科的重要问题,对于岩土工程问题设计、施工、稳定性维护等具有重要的理论指导意义,本论文基于理论分析、室内实验、数值模拟等手段分析了脆性岩石材料裂纹扩展问题,主要针对二维预制裂纹岩石材料单轴压缩应变率效应问题、三维内置币形裂纹岩石材料单轴压缩问题展开研究,引入3D打印技术制作含内置币形裂纹岩石试件,采用拥有自主知识产权的基于微焦点CT无线自动加卸载装置首次实现了加载过程中岩石材料内置裂纹扩展观测,主要研究内容如下:（1）针对脆性材料复合型裂纹起裂理论判据进行总结、分类,以期更深入理解复合型裂纹起裂理论判据对脆性材料Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹起裂理论判据进行了总结,并依据裂纹尖端塑性区的假设差异对脆性材料Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹起裂理论判据分为四种类型,针对四种类型判据均选取一种理论判据进行推导,并对给定边界条件下不同倾角裂纹起裂角进行了理论计算;对三维脆性断裂等效张应力判据进行了初步推导。应根据不同材料（金属或岩石类材料）以及裂纹孕育的不同阶段有区别的应用断裂判据。比如说,以张开位移为主的岩体中节理断裂应用最大周向应力理论判据,而以剪切位移为主的岩体中的断层采用最大剪应力准则解释。对于混凝土、陶瓷、岩石或其他脆性复合材料裂纹孕育原因在于裂纹尖端前缘先发生损伤后发生断裂扩展,采用应变能准则来描述脆性材料裂纹扩展比较合适。（2）预制裂纹二维岩石材料单轴压缩受载下裂纹扩展应变率效应基于MTSC45.105万能试验机进行了预制单裂纹石膏试件准静态单轴压缩应变率效应试验,针对准静态应变率10^-5-10^-3/s区间,选取6种应变率进行试验,同时采用高速摄像机捕捉试件不同应变率下裂纹起裂扩展过程,分析了不同应变率下试件应力应变曲线、裂纹扩展形式,总结了不同应变率下裂纹起裂应力、峰值应力、弹性模量等相关力学参数变化规律,对起裂角进行分析并且与理论计算结果进行比较,对能量演化规律进行了应变率效应研究。结果表明:应变率小于等于2×10^-4/s时,应力应变曲线波动明显,出现台阶式上升或下降,裂纹孕育充分,起裂应力、峰值应力、弹性模量等力学参数变化不大,裂纹起裂角大约82°,与应变能密度因子理论计算结果82.3°较接近;应变率大于2×10^-4/s时,应力应变曲线峰前光滑,峰后应力下降快,表现出更纯粹的脆性特征,起裂应力、峰值应力、弹性模量等力学参数相比较低应变率时明显增大,裂纹起裂角增大至105°,大于理论计算结果;对裂纹孕育的能量演化过程进行了应变率效应分析,并基于能量释放与耗散理论分析了翼型裂纹孕育过程。（3）基于离散元软件PFC平行黏结模型（BPM）进行了两方面的研究工作:首先对预制裂纹数值试件进行准静态应变率效应分析,与第三章实验结果进行对比研究;接着,按照正交实验设计方法在数值试件中预制不同长度、倾角、张开度的裂纹,模拟裂纹参数对材料启裂位置、启裂应力、启裂比、扩展路径、峰值强度、强度弱化比的敏感性,讨论了典型裂纹的应力-应变曲线及应变-微裂纹数量曲线关系和对应裂纹扩展形式。数值模拟不同应变率下预制裂纹尖端均先孕育翼型裂纹,与室内实验结果一致,数值模拟翼型裂纹起裂角一致,没有再现翼型裂纹起裂角变化的实验特征;不同应变率下试件破坏特征较一致,均为沿着翼型裂纹方向继续扩展至贯穿试件的主裂纹导致试件破坏。（4）3D打印岩石类试件力学性质及三维内置币形裂纹扩展规律研究基于3D打印技术制作了两种类型硬脆性材料试件:真实岩石类石膏试件和半透明树脂试件;介绍了两种类型试件的打印方法、完整试件的物理性质、单轴压缩下力学性质;采用拥有自主知识产权的CT同步加载仪器进行预制内置币形裂纹石膏试件裂纹扩展规律观测,实现了应力应变全过程中不同应力状态下真实岩石材料内置裂纹扩展状态的直观观察,并基于分形理论进行了应力应变全过程中不同应力状态下内置裂纹扩展复杂程度分析;对不同后处理方式的半透明树脂试件进行了单轴压缩试验,直观观察了低温冷冻内置币形裂纹半透明树脂试件裂纹扩展模式。3D打印技术可以快速、精确、灵活的制作出岩石类材料试件,这为岩石材料力学性质测定试件制作提供一种新的方法,为室内岩石力学实验提供更多的可能性;相比较传统浇筑石膏试件,3D打印石膏试件还存在一些物理、力学性质上的差异,3D打印石膏试件的密度较低,强度较小且具有比较大的塑性变形,原因在于3D打印过程中加入了大量的透明胶水,打印试件由石膏和胶水粘结而成,导致3D打印石膏试件致密性不足,胶水的存在也影响着试件的强度和较大的塑性变形;基于CT同步加载仪器进行内置币形裂纹石膏试件裂纹扩展规律观测实验效果不太理想,3D打印技术在预制裂纹岩石试件制作时,尚存在一些技术上的困难,预制裂纹处需要预制包裹结构固定裂纹,导致试件强度及破坏形式出现异常。通过激光光固化打印技术制造的树脂材料是比较适合模拟脆性硬岩的,加长二次固化时间、低温冷冻、增加内部宏观裂纹等方法均能提高三维打印树脂的脆性,需要指出的是,本文对三维打印半透明光敏树脂试件在模拟脆性硬岩方面只是初步尝试,打印试件力学性质距离真实岩石材料还有一定差距,解决这个问题很大程度上依赖于打印工艺、光敏材料的力学性质等方面更深入的研究。（5）三维内置币形裂纹岩石试件裂纹扩展离散元分析内置币形裂纹半径与试件半径之比在0.2-0.6之间、倾角45°时,数值试件单轴压缩下弹性模量、割线模量、变形模量、降模量、峰值强度、峰值应变等力学参数均随着币形裂纹半径增大而减小;币形裂纹半径与数值试件半径之比在0.6,倾角为0°-75°之间时,数值试件弹性模量、割线模量、变形模量、降模量、峰值强度、峰值应变等随着币形裂纹倾角增大而增大;含三维内置币形裂纹试件单轴压缩下应力应变曲线缺少有效突变点,整体光滑,无法从应力应变曲线突变点来确定内部裂隙扩展过程;从裂纹起裂扩展模式看,币形裂纹半径与数值试件半径之比在0.2-0.6之间、倾角45°时,数值试件币形裂纹半径越小,裂纹起裂应力越大,越不易起裂;币形裂纹半径与数值试件半径之比在0.6,倾角为0°-75°之间时,币形裂纹水平倾角越小,裂纹起裂应力越小,容易起裂;真实岩石试件不同于低温硬脆性树脂试件,很难观察到具体的翼型裂纹或花瓣状裂纹,微裂纹生长位置具有随机性,这源于岩石材料的非均质性;总体而言,预制裂纹区域微裂纹萌生具有时间上的优先和数量上的优势,呈现包裹状翼型裂纹趋势向上生长,此时其他位置微裂纹同样开始萌生,导致预制裂纹区域宏观裂纹显现的困难;币形裂纹倾角45°时,针对不同半径币形裂纹试件单轴压缩下应力应变曲线及微裂纹生长曲线,对其本构关系划分为三个阶段:压密阶段、线性损伤及宏观裂纹显现阶段、峰后应力跌落及应变软化阶段,并拟合了三个阶段本构方程。