向深部要资源,已经成了目前及未来矿山建设的重要发展方向。但随之而来的却是岩爆类灾害的频繁发生,其中,脆性岩中的结构控制型岩爆是最危险的岩爆灾害形式之一。准确揭示三维条件下此类灾害的发生发展过程及其破坏规律对于深部地下工程建设具有重要意义。以往“内置三维充填型”裂隙试样的相关研究成果已经表明其附近次生破坏结构分布和发展特征与常规二维研究结论相差较大,但由于实验技术的局限,“内置三维张开型”裂隙不同状态下的细部研究始终无法深入展开,相关的理论分析和数值模拟结果也无法得到验证。本文正是以此为背景,开发了一套内置三维张开型裂隙试样的制备方法,并以此为基础,完成了大量相关物理试验和模拟试验,取得了如下研究内成果:(1)内置三维张开型裂隙试样制备技术研发。基于体积损失思想开发了一种新型内置三维张开型裂隙制备方法,成功在石膏类岩石试样中得到真实的空腔结构(经CT扫描技术验证)。(2)展开了大量张开型单裂隙试样压缩破坏试验。分别以预制张开型裂隙的倾角和走向长度为自变量,深入研究了不同单裂隙产状条件下脆性岩样的物理力学性质、表面及内部次生破坏发展特征,分析和对比了表面及内部次生破坏过程的时空差异性。(3)进行了不同隐伏程度张开型平行双裂隙试样压缩破坏试验。以平行双裂隙的隐伏状态为自变量,深入研究了双裂隙在完全外露、部分外露以及全部隐伏三种状态下对应脆性岩体的物理力学性质和内外破坏特征。综合单裂隙和双裂隙试验结果,讨论了裂隙岩体表观与真实状态间的诸多差异,确定了拥有不同安全强度的各类裂隙岩体的关键破坏位置。(4)张开型裂隙围岩断裂理论分析。分别建立张开型裂隙的二维和三维尖端应力场模型,求解单轴压缩条件下裂隙尖端不同位置的应力强度因子、以及对应的次生破坏模式。此外,基于四边固支矩形板模型计算内置张开型裂隙自由面围岩的平面内应力场,得到该区域次生破坏结构的起裂位置、发展过程及最终分布形态。(5)展开了内置三维张开型裂隙试样数值模拟研究。利用PFC3D软件模拟内置单裂隙试样的单轴压缩试验,基于围岩颗粒位移矢量场的二维分析断面以及局部三维分析模型,深入研究预制裂隙不同位置围岩的次生破坏起裂机理和破裂模式,并分析预制裂隙厚度对次生破坏起裂及发展过程的影响。(6)展开了不同隐伏状态平行双裂隙试样数值模拟研究。利用PFC3D软件模拟三种隐伏状态条件下双裂隙试样的单轴压缩试验,基于围岩颗粒位移矢量场的若干二维分析断面,深入研究双裂隙不同位置围岩的位移变形特征、破坏发展过程、破坏起裂机理及破坏模式。