随着我国交通、水利及采矿业的快速发展,高地应力环境中的岩体开挖越来越多。在高地应力区工程开挖过程中,常常遇到以岩爆为典型的地质灾害。岩爆具有突发性和极强的破坏性,严重威胁着设备和施工人员的安全,因此岩爆相关课题一直是国内外岩土工程的研究热点。岩爆课题研究的最终目的是为了指导施工,控制岩爆风险。通过开展岩爆破坏机理探索及预测方法的研究工作,可以得到不同岩爆破坏模式的临界失稳判据及预测出可能发生的岩爆烈度等级,从而为岩爆防治提供依据。因此,本文采用突变理论及最小势能原理等推导出张裂滑移型及板裂屈曲型两种典型的岩爆破坏模式临界失稳判据,并选取工程实例进行验证。同时,通过系统分析岩爆段工程地质条件、岩爆形成条件及发展过程,确定出影响岩爆发生的主要因素,并选取相应的评价指标,进行分级标准修正,建立出岩爆预测评价体系;将信息熵法与灰关联投影法两者结合,用信息熵法确定评价指标权重,用灰关联投影法进行灰关联投影值计算和分级,构建出熵权-灰关联投影法岩爆烈度分级预测模型,利用国内外若干工程实例对模型的准确性和适用性进行验证评价。本文主要研究成果及创新点如下:(1)采用折叠突变模型对简化的张裂滑移型岩爆力学模型进行分析,将所得结果与已有研究中尖点突变模型分析结果及力学系统稳定性理论解进行对比。对比结果显示,采用折叠突变模型与力学系统稳定性理论分析结果一致,与尖点突变模型所得结果存在差异,分析差异出现的原因,认为尖点突变模型不适用于分析张裂滑移型岩爆。最后,选取工程实例进行验算,结果与实际情况一致,验证了采用折叠突变模型进行分析的正确性。(2)针对已有板裂屈曲型岩爆简化力学模型忽略劈裂板间相互作用等不足,提出考虑岩板间相互作用的圆形隧洞薄板力学模型。采用最小势能原理计算岩板弯曲挠度,将其与岩板发生张拉破坏的极限挠度进行比较,确定出岩爆破坏深度。选取工程实例对模型的合理性进行验证,所得结果相较于已有模型与实际情况更为接近,表明研究具有一定参考意义。(3)通过系统分析岩爆段工程地质条件、岩爆形成条件及发展过程,提出影响岩爆发生的主要因素包括应力水平、围岩性质及地下水发育情况等;基于上述影响因素,根据评价指标所包含的信息,选取σθ/σc、σc/σt、Wet及Kv四个评价指标,并对Wet分级标准进行修正,构建出岩爆预测评价体系。(4)将信息熵法与灰关联投影法两者结合,用信息熵法确定评价指标权重,用灰关联投影法进行反映关联程度的灰关联投影值计算和分级,建立出岩爆烈度分级预测的熵权-灰关联投影法模型。对国内外若干工程实测数据进行预测验算,所得结果与实际情况吻合程度较好,表明模型准确性及适用性较高,具有一定工程运用前景。