岩石是一种含有大量裂隙、孔洞等缺陷的非匀质材料,这些缺陷在自然及人为因素作用下起裂、扩展、相互贯通对岩体的破坏模式和力学特性产生重要影响,使得岩体强度降低,刚度变小,严重的甚至会引发工程地质灾害,如岩爆、塌方、滑坡等。因此,研究含裂隙岩体的破坏机制问题一直是工程地质界关注的热点问题。在以往的研究中,大多将其简化为平面应力或平面应变问题,但本质上来说,无论是裂纹还是岩石本身都具有三维特性,简化的研究方法将导致很多重要的三维裂纹扩展信息丢失。所以,开展岩石类脆性材料中三维裂纹的扩展、贯通机制的试验研究对岩体工程的设计、施工等具有深远的意义。在真实岩石材料中预制具有一定几何分布规律的三维裂纹是十分困难的工作,国内外学者通常采用相似材料来模拟岩石类脆性材料中三维裂纹的扩展规律。相似材料首先要与岩石材料满足一定的相似准则,其次要便于试验时观察裂纹在试样内部的扩展演化过程。鉴于以上问题,本文采用透明有机玻璃材料(PMMA)制作含币状裂纹试样,并在低温冷冻条件下进行单轴压缩试验,研究三维裂纹的扩展、贯通规律,具体工作及主要成果如下:①为了更好的进行三维裂纹扩展实验结果的分析,推导出单轴压缩条件下,二维、三维裂纹的扩展长度和最有利扩展角度。②根据试验目的,选取有机玻璃材料(PMMA)作为试验材料,详细介绍含裂纹试样的设计和制作工艺,对试验时涉及到的仪器设备进行分析介绍,以便进行试验操作和试验数据的采集分析。③研究含三维单裂纹试样(倾角变化)在单轴压缩条件下裂纹扩展机制,分析裂纹倾角对裂纹起裂、扩展模式及强度变化规律的影响。与单轴压缩条件下二维单裂纹扩展相比,三维裂纹的扩展过程要复杂得多,一些次生裂纹,如花斑状裂纹等仅在三维裂纹的扩展中才能被观测到。④研究含三维共面双裂纹试样(倾角及端距变化)在单轴压缩条件下裂纹扩展、贯通机制,分析裂纹倾角、端距对裂纹起裂、扩展、贯通模式及强度变化规律的影响,并将试验结果与单轴加载条件下的相同布置的二维双裂纹扩展演化过程进行对比。⑤研究含三维三裂纹(岩桥角变化)试样在单轴压缩条件下裂纹扩展、贯通机制,分析不同岩桥角下预制裂纹的扩展、贯通模式及其强度变化规律,并分析对比其与相同布置条件下二维、三维裂纹扩展演化过程的异同。