中文摘要：

深部资源开采中岩石所处的"三高一扰动"的特殊力学环境致使岩爆成了主要的工程灾害之一。开采实践表明，动荷载在岩爆形成中的具有特殊作用，它一般以应力波的形式叠加于静态高应力之上，具有疲劳的特征。因此，从静态高应力与循环动荷载组合作用的角度来分析岩爆的成灾机理更具现实意义。本项目基于冬瓜山铜矿岩样的疲劳试验，研究循环荷载作用下高应力岩石的变形演化规律、损伤累积规律和能量耗散规律，分析上限应力、幅值和初始损伤对于疲劳破坏的影响，建立岩石的疲劳破坏准则、疲劳累积损伤模型及疲劳寿命估算方法，探索静态高应力与循环动荷载组合作用下围岩的岩爆成灾机理，构建深部采矿的岩爆监测和预警体系。本项目的成功实施不仅仅在岩爆机理的研究上具有重要的理论意义及工程价值，对于进一步深化对岩石疲劳的本质认识，推动岩石疲劳理论的发展，也将起到极大的带动作用。

结论摘要：

基于锦屏2级水电站隧洞开挖过程中的岩爆破坏特征，将岩爆分为V形、锅形、底臌开裂形和横向开裂形四大类，深入地分析了断层对于岩爆的影响。然后，依据稳定性理论，将深埋隧洞岩爆的演化过程细分为孕育、破坏两个阶段以及开挖卸荷、结构调整和失稳破坏三个步骤。 针对地下圆形隧道的开挖卸荷效应，基于岩石动力学和弹塑性理论，在求解其动、静态显式解析解方面进行了新的尝试。首先，基于Laplace变换和留数定理，给出了一种计算隧道开挖时围岩响应规律动态解析解的方法，得到了线性卸荷条件下围岩应力和位移的解析表达式。其次，总结完善一种更为简便的求解静态解析解的方法，针对6种不同的本构模型，计算围岩的弹性区和塑性区应力、塑性区半径、围岩平衡方程、围岩自承地应力上下限等，得到精确或近似的解析表达式。对比分析了动静态解析结果的差异，结果表明1、卸载阶段，惯性力的存在能减少开挖卸荷对围岩的破坏。2、动态解中，径向应力一直处于压缩状态，而切向应力先拉后压，有利于径向拉裂纹及层板结构的形成。3、卸荷速率存在临界值。 对于结构调整阶段，研究了循环加载过程中岩石的变形特性，得出了岩石的轴向、横向和体积应变都具有三阶段演化规律，三阶段的划分基本一致，横向应变的3阶段规律比轴向应变的明显，横向应变速率亦大于轴向应变速率的结论。其次，分析了岩石的循环滞后特性，发现加载阶段中应变相位可能滞后、相等或超前于应力相位，滞回圈可能呈椭圆形、新月形或长茄形，探讨了动弹性模量和阻尼比随循环次数的发展规律。然后，基于疲劳损伤的演化规律，提出了倒S损伤模型和线－指损伤模型，运用倒S损伤模型演示了多级循环加载条件累积损伤的计算方法。 对于失稳破坏阶段，根据深埋长大隧洞围岩的特点，建立了梁柱力学模型。求解得到了的挠曲线方程和转角方程，得出了临界力的解析表达式；给出了梁柱模型截面尺寸的确定方法，计算了围岩各部位存在稳定性问题的临界长度值以及达到临界稳定状态的特征长度值；讨论了监测断面在掌子面不断推进的过程中裂纹及围岩结构的演化规律，给出了坑形岩爆孕育过程的概念模型。