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本论文从隧道围岩开挖前后弹性应变能变化的角度出发，研究分析了岩爆机理及评级。选用岩体局部能量释放率作为岩爆指标，利用有限差分数值计算软件FLAC3D模拟计算了高地应力条件下隧道开挖引起的岩爆现象。对比分析计算结果和现场岩爆情况，得出不同岩爆烈度等级下局部能量释放率值的范围，以此进行岩爆能量评级。基于局部能量释放率指标，研究了初始地应力主应力方向、侧压力系数、粘聚力、内摩擦角、不同开挖进尺、与掌子面距离等影响因素对岩爆等级的影响规律，为隧道工程施工提供一定参考。本论文主要内容及成果如下：
(1)从能量转化的角度出发，分析了岩爆的形成机理：当地下工程岩体开挖卸荷后，围岩由开始的三轴受力状态变为两轴或两轴半受力状态，围岩局部应变能产生集聚，且岩体极限储能下降。当集聚的弹性应变能超过岩体的储能极限时，弹性应变能突然释放；当释放的弹性应变能超过岩体破坏的极限强度值时，岩体发生动态破坏，能量差额转化为岩体的动能，致使岩爆发生。
(2)基于能量原理，建立岩爆数值分析方法。选取莫尔库伦屈服准则来模拟岩体材料的力学特性，将单位体积岩体发生脆性破坏前后的弹性应变能差值，即局部能量释放率作为衡量岩爆发生的能量指标，并给出了相应的计算公式和数值实现方法。
(3)选取发生岩爆的典型隧道工程，基于局部能量释放率指标进行岩爆现象模拟。将模拟结果与实际岩爆位置、烈度等级以及爆坑深度进行对照，得出岩爆评级为：10kJ·m-3＜LERR＜50kJ·m?3，轻微岩爆；50kJ·m-3≤LERR＜100kJ·m?3，中等岩爆；100kJ·m-3≤LERR＜150kJ·m?3，强烈岩爆；LERR≥150kJ·m?3，严重岩爆。通过分析岩爆区域应变能释放量得出，岩爆等级越高，释放量越大。
(4)基于局部能量释放率指标，研究分析了多种影响因素下岩爆发生的规律，得出：岩爆位置大致与最大主应力方向垂直；当地应力中最大主应力方向与隧道洞轴方向平行时，相比于最大主应力垂直于洞轴方向时，产生岩爆的可能性或产生岩爆强度等级大大降低；侧压力系数小于1.0，侧压力系数越大局部能量释放率值越小，大于1.0时，侧压力系数越大局部能量释放率值越大；内摩擦角和粘聚力增大，局部能量释放率越小，发生岩爆的可能性或岩爆强度等级越小；一次性开挖进尺越大，局部能量释放率越大，越容易发生岩爆；隧道开挖会引起掌子面后方0~5m范围内应力增大，应变能增大，掌子面前方0~12m也会受到影响，尤其在一倍洞径范围内发生岩爆的可能性最大。
(1)从能量转化的角度出发，分析了岩爆的形成机理：当地下工程岩体开挖卸荷后，围岩由开始的三轴受力状态变为两轴或两轴半受力状态，围岩局部应变能产生集聚，且岩体极限储能下降。当集聚的弹性应变能超过岩体的储能极限时，弹性应变能突然释放；当释放的弹性应变能超过岩体破坏的极限强度值时，岩体发生动态破坏，能量差额转化为岩体的动能，致使岩爆发生。
(2)基于能量原理，建立岩爆数值分析方法。选取莫尔库伦屈服准则来模拟岩体材料的力学特性，将单位体积岩体发生脆性破坏前后的弹性应变能差值，即局部能量释放率作为衡量岩爆发生的能量指标，并给出了相应的计算公式和数值实现方法。
(3)选取发生岩爆的典型隧道工程，基于局部能量释放率指标进行岩爆现象模拟。将模拟结果与实际岩爆位置、烈度等级以及爆坑深度进行对照，得出岩爆评级为：10kJ·m-3＜LERR＜50kJ·m?3，轻微岩爆；50kJ·m-3≤LERR＜100kJ·m?3，中等岩爆；100kJ·m-3≤LERR＜150kJ·m?3，强烈岩爆；LERR≥150kJ·m?3，严重岩爆。通过分析岩爆区域应变能释放量得出，岩爆等级越高，释放量越大。
(4)基于局部能量释放率指标，研究分析了多种影响因素下岩爆发生的规律，得出：岩爆位置大致与最大主应力方向垂直；当地应力中最大主应力方向与隧道洞轴方向平行时，相比于最大主应力垂直于洞轴方向时，产生岩爆的可能性或产生岩爆强度等级大大降低；侧压力系数小于1.0，侧压力系数越大局部能量释放率值越小，大于1.0时，侧压力系数越大局部能量释放率值越大；内摩擦角和粘聚力增大，局部能量释放率越小，发生岩爆的可能性或岩爆强度等级越小；一次性开挖进尺越大，局部能量释放率越大，越容易发生岩爆；隧道开挖会引起掌子面后方0~5m范围内应力增大，应变能增大，掌子面前方0~12m也会受到影响，尤其在一倍洞径范围内发生岩爆的可能性最大。