岩体作为多裂隙体,它的变形和破坏与其中裂纹的萌生、扩展和贯通过程密切相关。为孑避免三维裂纹研究中存在的数学和力学上的困难,研究者们多假设裂纹是二维的存在形式。但实际上无论是从几何意义或力学特征上来看,岩体裂纹都是三维性质的,它的扩展演化机制远比二维裂纹复杂得多,甚至是存在本质上的差别,不能简单地简化为二维问题。岩石三维裂纹的扩展是同时在表面和内部进行的,但内部的观测往往比较困难。过去学者多采用有机玻璃等透明均匀材料进行试验研究,这类材料虽然方便观察内部裂纹扩展情况,却忽略了岩石的脆性、非均匀性等特性,得到的结果具有一定的局限性,只有考虑岩石的非均匀性才能真实地模拟岩石三维裂纹的扩展与贯通机制。本文在认识和总结了前人有关岩石破坏机理及裂纹扩展规律方面研究成果的基础上,从三维的角度出发,基于细观统计损伤的有限元方法,考虑岩石的非线性、非均匀性,通过RFPA3D数值分析系统模拟压缩荷载作用下岩石三维裂纹的扩展演化过程,并采用与岩石性质相近的水泥砂浆材料进行物理实验。通过三维数值模拟与物理实验相结合的方法,主要对以下几个问题进行了分析研究：(1)从力学和几何分布的角度对三维裂纹进行分类,对比研究了二维裂纹和三种基本三维裂纹的扩展演化机制。得到的结果显示,受岩石内部结构的影响,三维裂纹的起裂位置和扩展形式均与二维裂纹有所区别,裂纹在不同厚度的切面上扩展形式有很大变化；穿透裂纹的扩展模式和二维裂纹较相似,均是以翼形拉伸裂纹的形式将试样劈开,内置裂纹和表面裂纹由于缺少自由表面,强度要较穿透裂纹更高,容易引起脆性破坏。(2)着重研究了含单条预制表面裂纹的岩石试样的单轴压缩试验,探究了裂纹扩展的影响因素,数值模拟与物理实验结果取得了较好的一致性。试验中预制裂纹的存在会使其附近出现应力集中,破坏单元聚集在裂纹的所有内边缘,在内部形成壳体裂纹：在表面裂纹的扩展中,出现反翼形裂纹主导破坏的情况,这也是三维裂纹受厚度方向影响产生的特有现象；裂纹的倾斜角度、长度和相对厚度均会对其扩展机制和强度产生不同程度的影响。(3)通过两条裂纹的贯通机制来探究多裂纹间相互作用的规律,结果显示,裂纹间的作用有相互促进和彼此抑制两种影响,何种机制占主导与裂纹的空间排布有关,即受裂纹倾角和岩桥倾角的影响很大；侧压的存在限制了翼形裂纹的扩展,侧压增加会使试样的抗压强度得到提高,剪切裂纹主导试样破坏。