煤矿井下巷道穿过地质构造异常区（断层、陷落柱、破碎带等）时,开挖诱发工程岩体卸荷失稳破坏,导致灾害频发。地质构造异常区岩体处于弹性、塑性及峰后三种应力状态,应力场变化导致地质异常区围岩难于控制,应采取差异化控制技术对围岩进行分区支护,需从内在机理深度解析卸荷应力路径下岩石力学响应及围岩差异化控制技术。本文以工程岩体开挖卸荷为背景,以穿破碎带岩体卸荷应力路径为主线,采用室内试验、理论分析、相似模拟、数值模拟和现场实测相结合的方法,探索不同卸荷路径下砂岩的力学行为、能量演化规律及声学特征,进而深入研究破碎带附近岩体力学特性,提出围岩控制的分区方案,研究成果对于揭示卸荷路径下岩石的破裂机理、完善和发展围岩控制理论与技术具有重要的理论意义和工程价值。本文主要开展了以下几方面的研究工作:（1）在系统研究穿破碎带岩体卸荷应力路径的基础上,设计了弹性、塑性及峰后应力状态的卸荷路径,详细分析了砂岩在不同卸荷路径下应力-应变曲线变化规律及力学参量演化规律。随着卸荷量增加,体积应变不断增大,卸荷度H与变形模量E呈现负相关关系,与泊松比μ呈现正相关关系,剪胀角ψ与归一化塑性剪应变符合单指数函数。探索了不同强度准则描述砂岩卸荷力学特性的适用性,通过统一化围压降低参数分析了卸荷路径与破裂难易程度的关系。（2）针对砂岩卸荷破坏能量演化过程,首先研究了不同卸荷路径下能量积聚、耗散与释放规律,揭示了卸荷路径对能量转化机制的影响;在此基础上,分析了储能极限与卸荷路径的关系,弹性能储能极限随着围压增加呈线性增加,卸荷破坏时刻均满足极限储能规律;提出了盈余能量释放速度,并分析了其演化规律,探究了不同卸荷路径下能量变化率、应力能量增量比及变形能转化比与卸荷耗能的关系;最后揭示了表面能、摩擦能与耗散能的关系,推导了表面能表征的损伤参量。（3）针对砂岩卸荷破坏声学特征,选择了计数、能量和峰频等声发射时频参数,对不同卸荷路径下岩石声学响应和损伤演化规律进行追踪分析,并与能量表征的损伤进行了对比分析;研究了声发射特征参数的计算方法,获取b值降低及样本熵无序开始作为破裂的前兆信息;基于卸荷力学参量、能量指标及声学参量建立了预警指标体系,给出了各参量的预警级别、权重及危险等级。（4）在相似材料配比方案研究的基础上,提出了通过相似试样应力应变曲线确定应力水平（弹性、塑性）的表征方法,对空间应力分布特征进行了研究;利用相似模拟实验台开展不同应力水平岩体开挖卸荷实验,研究了应力水平对围岩破裂特征、力学特性及声学特性的影响,为不同应力水平下围岩的差异化控制提供基础。（5）基于弹塑性理论、不同卸荷路径下的应力-应变曲线及卸荷扩容特征,推导了考虑径向应变的卸荷本构模型,通过试样破裂特征及曲线验证了卸荷本构模型的可靠性;借助推导的弹塑性卸荷本构模型,研究了破碎带附近围岩的应力分布规律;在此基础上,开展无支护、无差异化支护及差异化支护数值计算,分析了不同区域围岩的力学特征,通过位移场、应力场、塑性区及能量分布评价差异化支护方案对围岩的控制效能,并通过工业实验分析了差异化支护的可行性。图[136]表[18]参[280]