岩石细观力学特性和实验的研究,特别是在化学腐蚀下岩石细观破裂过程试验是当前岩石力学领域的一项基础性前沿课题,在化学腐蚀下探讨岩石细观破裂过程和力学特性的变化以及其建立损伤本构模型具有重要的理论意义和工程实际意义.该文首先介绍了岩石细观加载仪的显微观测系统、记录系统和盛水加载盒的研制和使用功能,在此基础上,完成了花岗岩、砂岩和灰岩在化学腐蚀下的单轴压缩细观破裂过程的实时观测试验,获取了相应的裂纹破裂过程实时显微图片和荷载位移曲线.其次,完成了在化学腐蚀下砂岩三轴压缩CT实时扫描试验,得到了砂岩从微裂隙被压密到微裂纹发生、扩展到破裂各个阶段的CT图像、CT数和CT数方差数以及应力差与应变曲线.根据试验得到的有关数据,建立了岩石破裂的细观力学分析模型,分析了岩石细观损伤破裂机理和方式.探讨了不同pH值、不同浓度以及不同化学溶液对三峡花岗岩、小浪底砂岩以及万家寨灰岩的力学特性的影响,提出了在化学腐蚀下,岩石破裂的断裂力学模型和定量分析研究途径,并利用能量理论建立了复杂应力状态下的岩石断裂准则.推导出了在单轴压缩条件下化学损伤演化变量,建立了化学损伤本构模型,并考虑了岩石的初始密度和初始损伤以及各种不同化学溶液对其的影响,结果表明,该模型很好地描述了化学腐蚀下的岩石单轴压缩化学损伤演化特性,与试验值基本吻合.利用CT数和CT图像的变化将砂岩破裂损伤演化过程划分为4个阶段.即初始压密阶段、弹性微压密阶段、微裂隙萌生阶段和微裂纹扩展阶段.推导出了一个新的基于化学腐蚀和CT数定义的三轴压缩损伤演化变量,它考虑了不同化学溶液的孔隙水密度和受化学腐蚀后的岩石初始密度等因素的影响.建立了砂岩三轴压缩损伤演化本构模型,并与在化学腐蚀下砂岩的三轴压缩试验应力应变曲线进行了对比,结果表明,该模型很好地描述了化学腐蚀下的砂岩化学损伤演化特性,并与试验值吻合较好.