对于岩石裂隙扩展机理的研究一直是岩土工程中的热点问题,裂隙的起裂条件、扩展方式是影响岩体稳定性的主要因素之一。本文主要利用数值计算和物理实验的方法研究了动、静载荷下含预制断续裂隙岩体的破坏问题,并通过对相似材料的研制,搭建了西北某矿井工作面的相似模型,研究了该工作面的覆岩破坏机理,并对其开采安全性进行评估。本文主要内容及结论如下:(1)通过对双轴压缩下含中心对称预制断续双裂隙扩展规律的数值计算发现,其应力—应变曲线可以分为初始压缩段、裂隙稳定扩展段、裂隙加速扩展阶段和峰后阶段。随着围压的增大,试样抗压强度基本呈线性增加。弹性模量和抗压强度与裂隙长度和裂隙倾角呈负相关性。裂隙间距与弹性模量的关系不大,随着裂隙间距的增大,抗压强度表现为先增加后降低的趋势。(2)通过自制的配有电动振动试验系统的惯性加载装置,对振动载荷下岩体中裂隙起裂和扩展问题进行研究。研究结果表明,边裂隙的起裂方向与振动方向夹角较小,约在±10°以内,且与振向相同的边裂隙最容易扩展,与振向相同的边—中裂隙对最容易贯通。破坏频率与裂隙间距呈正相关性,并且随着裂隙倾角和振向夹角的增大,裂隙扩展越来越困难,垂直振向的裂隙最难扩展。裂隙对夹角不大时,裂隙贯通基本沿裂尖连接的最短路线,符合能量最小原理。(3)使用实际中简单易获得的6种材料,研制出了可适用于水渗流问题的疏水性相似材料,并对西北某矿井工作面的覆岩破坏规律进行相似模拟。实验表明,该工作面覆岩的破坏规律为渐序破坏模式,且出现了明显的垮落带、导水裂隙带和离层空间,离层空间位于弯曲下沉带下方,导水裂隙带上方。垮落带高度约52m,导水裂隙带最大高度约105m,离层空间底面距煤层顶面约85m。导水裂隙带上方的离层空间位于主要含水层之下,随着时间的推移,会逐渐充水,并有沿裂隙带涌入工作面的风险,因此在开采过程中需对离层水进行疏导和防治。(4)通过颗粒流软件PFC对煤层覆岩破坏机理进行数值计算,从裂隙扩展的角度对物理实验进行佐证和补充。结果显示,微裂隙的产生与贯通是岩层发生破断的根本原因,开采初期工作面上覆岩层中,层厚较薄、强度较低的岩层中产生了大量的拉伸裂隙并持续扩展贯通,导致岩层发生下沉垮落。上覆岩层中部,层厚较厚、强度较大的岩层中主要以拉剪混合裂隙为主,并发育成为导水裂隙向上扩展,离层空间之上的岩层并未出现微裂隙,仍具有较好的承载作用。