层状复合岩石是工程实际中常见的地质材料,由于其是由不同厚度、不同力学特性、不同渗透属性等组分组成且以按照某种顺序结合而成的天然岩体,因此其特性与单一岩石有很大区别。并且以往多采用单轴或者围压三轴的加载方式对层状复合岩石的力学和渗透特性进行研究,忽略了中间主应力的影响,而隧道开挖、深井开采等地下工程中的层状岩体往往处在三向不等应力(1 2 3?????)且各主应力均在不断变化的复杂应力条件下。因此,研究真三轴应力状态下(1 2 3?>?>?)以成层地质材料为对象的层状复合岩石力学特征与渗流特性,具有很重要的理论意义和实用价值。基于此,本文采用理论推导和试验研究相结合的方法,利用重庆大学自主研发的“多功能真三轴流固耦合试验系统”,开展了等b等?3、等p等b、改变最小主应力、改变加卸载速率、改变气体压力等系列单一岩石和层状复合岩石的力学和渗流试验,研究了真三轴应力条件下层状复合岩石的变形、强度特征和渗流特性。利用均质化理论方法,将层状复合岩石虚拟为一种等效的均质岩石,建立了真三轴应力条件下基于MLC准则的层状复合岩石各向异性破坏准则和损伤统计本构方程。并基于层状复合岩石思想和强度理论,以层状复合煤岩体为研究对象,开展了改变静应力组合、交变载荷频率和幅值、应变率及气体压力等试验条件的真三轴试验,研究了深部开采动静载荷作用下冲击地压、突出复合动力灾害的诱导条件和动力显现特征。本文主要研究成果如下:(1)中间主应力对岩石整体强度有明显的强化作用,随着b值的增加,M-C准则预测的峰值强度值要低于MLC真三轴强度准则的曲线。在b=0到b=0.25时,岩石强度的增加幅度要大于其他区间增加或降低的幅值,岩石强度和变形对中间主应力的敏感性更强。中间主应力保持不变时,随着最小主应力的增大,在加载初期各应力-应变曲线几乎是重合的,层状复合岩石的峰值强度与最小主应力大小几乎呈线性相关。层状复合岩石的强度和变形特征有明显的层面倾角效应和率敏感特征,加载和卸载速率越大,岩石整体破坏时释放的弹性能也越大。(2)等b等σ3条件下,b在0到0.5区间内,层状复合岩石的扩容起点对应的轴差应力均逐渐上升,中间主应力的增大延迟了岩石非线性体积应变的出现。当b大于0.5时,扩容起点对应的轴差应力随着中间主应力的增大反而有下降的趋势,但整体下降幅度不是很大,扩容起点对应的轴差应力与层状复合岩石的峰值强度呈明显的正相关性。等p等b试验条件下,扩容起点对应的轴差应力均随着中间主应力的增大而逐渐降低。(3)利用均质化理论,建立了基于MLC准则的层状复合岩石真三轴各向异性破坏准则,研究了该准则在八面体平面上的破坏轨迹特征,并开展了系列真三轴试验对建立的真三轴强度准则进行了验证。层状复合岩石发生破坏时,其破坏特征取决于最大主应力方位角、各岩石分层的强度参数和几何参数等,文中给出了不同最大主应力方位角条件下层状复合岩石的破坏特征并解出了对应最大主应力方位角的理论解。(4)基于修正的Lade真三轴准则和Weibull概率密度函数建立了固定最小主应力σ3、改变中间主应力σ2和基于中主应力系数b(或Lode参数μσ)的层状复合岩石各向异性损伤统计本构方程,并引入用损伤变量表示的扩容修正系数,建立的损伤模型与真三轴试验结果对应性良好,可以较好地描述层状岩石的变形和强度特征。(5)基于等效连续介质假设,将水平层状复合煤岩体视为横观各向同性介质,同时考虑到应力和渗流的内在关系,从细观损伤力学理论出发,建立了可以描述应力应变过程中的渗透率的演化模型和应力-损伤-渗透率演化方程,并进行了真三轴应力条件下原煤、顶底板岩石的渗流试验验证。本文建立的利用体应变和体应力表达的渗透率模型可以较好的模拟出岩石扩容阶段的渗透率演化规律。(6)真三轴应力条件下,中间主应力、气体压力、交变频率和幅值、应变率等对复合动力灾害的显现特征均有较大的影响。层状复合煤岩体在临空面一侧多以劈裂成板、板曲折断的层裂形式破坏。基于荷载类型,可将复合动力灾害分为高静载型、扰动型、冲击型复合动力灾害三种类型,且在各类复合型动力灾害中,高压气体对复合动力灾害的孕育和发生具有积极的作用。