节理岩体是地下工程中最常见的一类非均质、非连续复杂介质,这类介质中往往存在着大量的节理、裂隙,给建设在岩体中的地下工程稳定性带来了安全隐患。因此,研究节理岩体的力学特性及破裂演化特征一直以来都是岩石力学领域研究的热点与难点问题之一。本文结合国家自然科学基金项目(51404255),综合运用物理模拟和数值模拟手段,初步研究了不同节理参数下节理岩体的力学与声学特性以及在单轴压缩条件下的破裂演化及声发射特征,以便为下一步大尺度模型试验中内部三维裂隙演化规律的研究奠定基础。主要研究成果与结论如下:(1)对三组类岩石材料进行了超声波检测和声发射监测,获得了不同质量配比下的波速、幅值和振铃计数变化特征。三组相似材料的纵波波速随着骨料比重的增大而逐渐减小,且与弹性模量与密度的比值、抗压强度和抗拉强度存在不同的函数关系;随着相似材料中骨料比重的增大,声发射幅值主要集中范围逐渐减小,最大幅值的出现要比峰值强度滞后;不同骨料相似材料破坏时的声发射信号强弱次序为石英砂>河砂>石英粉。(2)通过对单一节理岩体模型的单轴加载试验,研究获得了不同节理参数和峰值强度之间的关系:当节理厚度从0.5mm增大到3.0mm时,峰值强度降低了36.09%;当节理倾角从0°增加至90°时,节理岩体的峰值强度呈现出先减小后增大的趋势,在节理倾角为45°时,峰值强度取得极小值;当节理贯入度从0.2增大至1.0时,峰值强度降低了30.47%。(3)通过破裂过程中的声发射定位和数字照相分析,获得了不同节理参数下节理岩体的声发射事件定位和破裂演化特征。当节理厚度在1.0mm~1.5mm之间时,试件表面会形成贯通的张拉型破裂面;而其他节理厚度下的破裂面为压剪-张拉复合型。当预制节理倾角≤30°时,试件表面会形成较大的贯通压剪破裂面;当节理倾角≥45°时,试件的破裂面为垂直的贯通张拉破裂面。当节理贯入度在0.2~0.4之间时,破裂面主要是竖向张拉破裂面和斜向压剪破裂面;当节理贯入度在0.6~1.0之间时,裂纹破裂面主要是竖向张拉破裂面。(4)基于物理模型试验,采用ANSYS数值软件对单一节理岩体进行了数值计算,重点考察了不同节理参数对单一节理岩体的等效应力分布的影响规律,从而揭示了含节理岩体在单轴压缩条件下的内部空间应力演化特征。