天然地质环境中的岩体本身是一种非均质材料,内部结构十分复杂,往往会含有大量节理、裂隙等缺陷。岩体的力学性质很大程度上由其内部不同尺度的裂隙等缺陷所决定,因此研究岩体内部的裂隙扩展机理对于裂隙岩体的力学行为研究至关重要。由于非均匀性的影响,岩石三维裂隙扩展规律复杂,很难以解析方法进行分析;在实验室试验中制作、观察内置裂隙更加困难,加载控制或量测难度极大,对于岩石三维内置裂隙扩展机制的研究极其有限。对于复杂的真三轴加载卸载下主应力方向与大小等因素对岩体裂隙扩展机制的影响研究更为困难。本文基于前人对岩石破坏机制和裂纹扩展的研究,通过采用3D打印技术、物理实验与数值模拟手段,研究了岩石内置裂隙在单轴压缩下的扩展规律,并分析含三维内置裂隙试样在真三轴加卸载下的裂隙扩展机理。针对以上研究得出以下结论:(1)基于三种3D打印技术分别制备了树脂试样、石膏试样及覆膜砂试样,并在单轴压缩下研究了试样的制作技术、破坏模式与力学特性。结果表明,树脂试样在低温下具有很好的脆性,试样呈现脆性破坏,最终的破坏由拉剪复合作用引起;石膏试样出现了较大的塑性变形;覆膜砂试样破坏模式与真实岩石试样类似。(2)三维内置双裂隙扩展的物理试验研究。结果表明:试样的破坏模式大多为劈裂破坏,破坏面与加载方向近似平行。试样破坏程度与峰值强度相对应,当试样峰值强度较高时,其破坏程度相对严重。随着空间裂隙夹角的增加,试样的峰值强度呈现“反N”型变化:裂隙夹角为30°时取得最小值,裂隙夹角为60°时取得最大值。将完整试样的物理实验结果与数值模拟得到的应力-应变曲线对比分析,吻合较好。(3)研究了真三轴加载条件下裂隙倾角、中主应力大小及方向对裂隙扩展规律的影响,同时进行了不同裂隙形式扩展对比分析。结果表明,随着裂隙倾角增加,峰值强度逐渐降低,试样抵抗破坏变形的能力越来越差;中主应力在一定程度上可以提高试样的强度,但中主应力过大则会降低试样的峰值强度,加快试样的破坏;中主应力方向与裂隙平面的关系直接影响裂隙的扩展形态;三维内置裂隙存在明显的方向性,其扩展模式较贯通裂隙和表面裂隙复杂,不同切面上扩展模式有很大差别。(4)模拟研究了卸载路径、中主应力大小对裂隙扩展规律及试样力学特性的影响。结果表明三轴卸载时,卸载主应力方向与裂隙的位置关系对试样破坏模式有较大影响。中主应力越大,岩石的破坏程度越低,越容易产生猛烈破坏。