岩石是一种准脆性非均质损伤材料,广泛存在于自然界中,也是构成地壳的主要物质,其内部通常含有多种矿物成分。随着地下空间工程建设活动的扩张,岩石工程面临的施工环境越来越复杂,岩石的受力模式也越来越复杂,岩石循环断裂破坏现象时有发生。循环加卸载作用下,岩石材料的力学性能和损伤失效研究成为材料或结构的失稳破坏、灾害的监测和预判、工程的建设与维护等方面所面临的重要问题。本文在开展室内试验的同时结合数值模拟的方法,对花岗岩不同加载模式下的断裂过程进行细观分析。研究首先采用MTS322电液伺服试验机对花岗岩试样进行了三点弯曲单调加载、峰前循环加卸载和峰后循环加卸载试验,并采用声发射技术监测了试验过程中岩石断裂的声发射特征参量。然后使用ANSYS/LS-DYNA建立了花岗岩宏-细观数值模型,在跨中重点部位采用骨料投放算法建立考虑岩石材料强度的Weibull分布的不均质细观模型,计算分析不同加载模式下裂纹扩展的异同特性。以此获得岩石裂缝在循环加卸载作用下的开展机制。研究得到以下结论:(1)花岗岩断裂韧度受加载速率影响,不同加载速率下的试样断裂韧度值表现出明显的加载速率效应,当加载速率增大时,试样抗拉强度以及断裂韧度值均随之增大。(2)循环加卸载过程中岩石强度表现出弱化性,岩石变形表现出记忆性和滞后性。花岗岩在循环加卸载下的断裂韧度比单调加载下的低,但其降低比例几乎不受循环加载速率的影响。岩石变形过程中存在张开和闭合的循环过程,峰后循环加卸载中,每次循环加卸载时会形成一个“滞回环”。(3)通过分析声发射能量可知,在峰前循环加卸载试验的前三次循环中,岩石并没有产生塑性损伤,岩石处在弹性变形阶段。在这个阶段表现出明显的Kaiser效应。第四次循环中,岩石出现了塑性变形,Kaiser效应失效,材料的应力-应变记忆性变差;在峰后循环加卸载试验中,在试件达到最大峰值载荷后,岩石变形的不可逆性明显,导致材料的应力-应变记忆更差,而后在各级循环中,试件达到上一级最大应变所对应的载荷变小,表现出明显的Felicity效应。(4)采用Holmquist-Johnson-Cook(HJC)损伤本构模型建立了考虑多晶体强度随机分布的非均质花岗岩梁模型,并对其进行了三点弯曲下的循环加卸载模拟。骨料快速生成和投放算法为岩石材料细观建模提供一种新方法。(5)岩石的的细观非均质性对裂纹的扩展速度以及扩展路径具有控制性作用,裂纹会在模型梁中心线处开裂,并且避开粒径较大或强度较高的多晶块体,优先选择接触面或者强度较低的多晶块体进行扩展,具有“绕核”效应。