自然界的岩石在经历复杂的地质构造作用如火山喷发、板块运动等时受到温度场的影响,面临高温问题。由于工程岩体赋存于一定的地质环境中,在众多岩体工程中,如大型水利枢纽、高放射性核废料深埋处置、油气深部开采、二氧化碳地质封存等,高温或热损伤这一地质条件显著地影响工程岩体的物理力学性质。例如:在干热岩增强型地热系统(EGS)中,研究岩石在热作用下破裂是干热岩储层建造的基础,在热损伤条件下岩石强度与变形性质是干热岩(HDR)开发利用的关键科学问题。因此,深入研究在高温作用下岩石的物理性质和力学性质是保证岩体工程结构安全与长期稳定的基础。热损伤岩石宏观力学性质显著地受其内部细观裂纹扩展规律的影响,两者之间存在密切的联系。深入掌握岩石内部的热开裂机理及压缩过程中裂纹扩展机理才能准确地评估热损伤岩石宏观性质。目前对热损伤岩石的研究主要基于宏观试验,研究不够全面系统,缺乏考虑除温度以外的其他因素及多个因素耦合作用的影响,且细观热开裂机理的研究仍不够充分。本文以热损伤岩石为研究对象,主要在不同热损伤(高温或高温循环)、不同围压、不同岩石类型(砂岩、大理岩和花岗岩)、不同试样尺寸等条件下开展了压缩过程声发射试验,建立了反映热损伤岩石压缩过程微裂纹扩展规律的本构模型,并从细观角度分析了岩石热开裂机理。本文主要研究内容与成果如下:(1)对经历热损伤后三类岩石开展了压缩试验并监测变形过程的声发射。结果显示,随着加热温度的升高,大理岩和花岗岩的峰值强度及杨氏模量逐渐下降,而砂岩峰值强度及杨氏模量先升高后降低。热损伤作用使岩石的脆性破坏特征逐渐减弱,但破坏形态并未显著改变,同时裂纹闭合阶段非线性特征也变得明显。通过对三类岩石热损伤后力学特性的对比分析发现,大理岩受热损伤作用影响最强,其次是花岗岩,最弱是砂岩。岩石声发射活动与渐进破裂过程良好对应,热损伤作用使得撞击曲线在裂纹闭合阶段出现一个波峰。基于声发射对裂纹扩展的敏感性,采用声发射参数定义了损伤变量,并引入了考虑裂纹闭合阶段非线性的方法,从而提出了基于声发射参数的损伤本构模型。该模型对热损伤岩石试验数据拟合良好,反映了应力-应变曲线的突变点。(2)开展了热损伤大理岩在不同围压下的常规三轴试验。由结果分析得出,高温作用引起了热开裂,而围压作用抑制了压缩过程的裂纹扩展。围压增大引起岩石变形破坏特征由脆性向塑延性过渡。大理岩的峰值强度、峰值应变以及杨氏模量随着围压增大而逐渐增大,且峰值强度增速逐渐放缓,采用Mohr-Coulomb准则描述时会造成低围压强度的高估。通过考虑内摩擦角随围压的变化规律,建立了非线性Mohr-Coulomb峰值强度模型,该模型得到了本文及已有试验数据的验证。由于较少有考虑岩石残余强度的本构模型,引入了 Logistic函数型损伤演化方程,建立了考虑裂纹闭合效应及峰后残余强度特征的应变软化损伤本构模型。(3)为了研究传统尺寸效应模型是否适用于热损伤岩石,对不同试样尺寸不同热损伤程度大理岩开展了单轴压缩声发射试验,发现了热损伤岩石峰值强度随试样尺寸增大而降速更快的现象。温度升高或试样尺寸增大均引起应力-应变曲线上初始非线性段变长,而破坏形态受两者影响不明显。另外,声发射b值在变形过程中逐渐减小,并随温度升高而升高。声发射事件空间演化与岩样宏观断裂面良好对应。不同尺寸热损伤大理岩的应力-应变关系得到了声发射模型及应变软化模型的良好描述。(4)鉴于高温循环方法可在实验室条件下制备裂隙岩体,通过试验研究了高温循环对大理岩和花岗岩力学性质的影响。由结果可知,高温循环作用使得两种岩石纵波波速、峰值强度和杨氏模量持续降低,峰值应变和裂纹密度参数持续升高,脆性变形特征持续减弱。岩石声发射特征表现出阶段性,且高温循环使得压缩前期的声发射变得更活跃。本文模型较好地模拟了高温循环岩石的本构关系。(5)开展了不同高温循环花岗岩X射线衍射分析,证明了矿物成分变化不是引起岩石宏观力学性质变化的主要原因。通过对高温循环花岗岩和大理岩光学显微分析,表明了颗粒的矿物组成、胶结类型、粒径大小及形状均影响裂纹发育形式与扩展路径。通过对裂纹定量统计分析,发现了随着热循环次数的增大,单位面积内晶界裂纹与晶内裂纹的数量、长度及线性裂纹密度均逐渐增大,且热致微裂纹的各向异性特征不明显。