深部资源的开发和隧道地铁等地下空间工程的不断发展,对岩巷掘进、硬岩破碎提出了新的挑战,传统的钻爆法破岩工序复杂安全性差,掘进设备破岩效率低,无法持续的进行深部岩石的开挖。基于此本文提出高压泡沫涨裂破岩技术,利用岩石的抗拉强度远小于抗压强度的特性进行岩石破碎研究。本文主要采用理论分析、实验研究和仿真研究相结合的方法对高压泡沫涨裂装置破岩开展研究。基于泡沫流变理论和水射流破岩拉伸-水楔理论,构建泡沫涨裂岩石有限元模型,分析了泡沫射流柱冲击岩石孔底的应力分布和传递规律,对比实际实验得出岩石的泡沫涨裂破碎形态由泡沫射流冲击力、孔底密封空间涨裂力、泡沫流体在岩石裂缝中的流动压力共同作用造成岩石的破坏,并通过水射流拉伸-水楔理论解释了泡沫涨裂岩石破裂的宏观破碎形态呈锥形破碎坑。基于泡沫自控发生与配比实验系统进行泡沫配比发生实验,分析泡沫物理形态、泡沫特性及流动特性间的关系,得到适合加压和涨裂用的分散态泡沫;研究发泡剂浓度和空气含量对发生泡沫效果的影响,在所得实验结果的基础上从泡沫粘性、半衰期、发泡倍数三个方面分析泡沫流体的粘性和稳定性,得到水、发泡剂、空气的最佳配比方案,并对水和泡沫两种不同介质的涨裂破岩效果进行优势特性分析。基于有限元模型和fluent流场仿真,设计了高压泡沫涨裂装置的整体结构,并对装置的主要结构参数和液压阀体开启特性进行研究,得到装置内泡沫压力腔的最佳参数和阀体与喷射口的最佳配合角度,并加工出高压泡沫涨裂装置。基于高压泡沫涨裂破岩实验台进行不同岩石硬度、孔深变化、装置压力、二次涨裂等参数条件下的高压泡沫涨裂破岩实验,分析了不同涨裂参数对岩石揭裂面大小、破碎坑深度、破碎块度、破碎质量、泡沫涨裂压力变化的影响,得到高压泡沫涨裂装置破岩作业的最佳参数和局部裂缝网络在二次涨裂作业下的形成机理。通过实验破碎结果和压力变化对建立的高压泡沫涨裂孔底密封模型进行有效性验证,探究泡沫涨裂破岩过程中密封距离变化对岩石裂缝起裂扩展的影响,得出高压泡沫涨裂装置在孔底密封距离为40~60 mm的范围内孔底涨裂效果较好,岩石裂缝发育完全并伴有岩石上表面的损伤。