液态二氧化碳相变致裂技术作为一种新型的爆破致裂技术,具有致裂过程无火花、压力易控、便于贮存和运输、安全高效等诸多优点。本论文采用物理模拟实验研究、理论分析和现场验证性实验等方法,对二氧化碳相变致裂的作用机理、裂缝形态及其影响因素等作了进一步研究,对于指导液态二氧化碳相变致裂技术在工程实践中的应用具有重要意义。应用大尺寸真三轴应力加载系统进行液态CO₂相变致裂实验,结合土体中和无应力状态下的物理实验,以声发射系统为监测手段,对比常规的水力致裂和传统炸药爆破实验,对致裂后裂缝的空间分布的基本形态进行研究。结果表明,致裂后在钻孔致裂中心位置存在粉碎区,在排气口聚能方向上产生主裂缝并进一步扩展发育,具有定向致裂的特性。对影响液态二氧化碳相变致裂后煤岩体裂缝形态的相关影响因素进行了研究,掌握了围压效应、主应力差、充气量等关键因素对相变致裂裂缝形态及致裂效果的影响。围压应力状态改变了应力波的传播规律,对于裂缝的进一步延伸和扩展具有一定的导向作用。相变致裂后产生的裂缝主要在沿排气口方向上进行延伸扩展,进而形成优势裂缝,抑制裂缝在其它方向上的扩展。地应力差对裂缝的扩展有显著的影响,水平主应力相等时,裂缝扩展方向与排气口方向一致;水平主应力不等时,在排气口方向上产生优势裂缝之外,也产生了数条垂直于排气口方向的径向裂缝。致裂管充气量越多,产生的裂缝越多,破碎度越高,碎块分布范围越广且越均匀。以岩石力学、断裂力学、弹性力学、流体力学等理论为基础,对比常规水力致裂和传统的炸药爆破,分析液态二氧化碳相变致裂作用过程,研究其致裂机理。相变致裂对煤岩体的破坏,是在CO₂相变后产生的高能气体射流、冲击波、应力波以及高压气体的共同作用下完成的。CO₂相变产生的冲击波和应力波在煤岩体的钻孔内壁破坏形成初始裂隙,随后高压二氧化碳气体进入初始裂隙中,在准静态压力作用下,在裂缝尖端形成应力集中,促使初始裂隙进一步扩展。通过现场验证性实验,分析花岗岩硐室掏槽孔CO₂相变致裂后的裂缝形态及空间分布状况。裂缝主要沿排气口方向延伸扩展,直至与其它钻孔的裂缝相贯通,形成光滑平整的破裂面,将岩块从岩壁上剥落并抛飞,形成“楔形”的相变致裂轮廓断面,验证了CO₂相变致裂技术在硐室开挖中应用的可能性。