岩石是复杂的地质体,内部存在随机分布的孔隙、节理以及其他缺陷,这些特殊结构使岩石具有明显的尺寸效应。研究表明,不同尺寸岩样的变形过程和破坏方式有明显不同,其尺寸对岩石的强度、应变等力学性质有显著影响。同时,岩石强度等力学性质又受加载速率的影响,表现出较大差异。因此,开展加载速率和尺寸效应对岩石力学特性的影响研究具有重要的理论和实践意义。论文主要内容如下:(1)分别在不同加载速率条件下,进行单轴压缩试验、巴西劈裂试验以及声发射特性试验。首先开展尺寸效应对煤岩力学特性影响的研究,研究表明:煤岩单轴抗压强度、峰值应变以及抗拉强度随其尺寸的增加而减小;弹性模量随尺寸的增大呈现出先逐渐增大后逐渐减小的变化趋势。在此基础上,提出了单轴压缩力学参数尺寸效应的理论模型,将理论曲线与试验结果进行对比,二者吻合良好。同时,单轴压缩试验中使煤岩力学参数发生明显变化的高径比是2,当高径比小于2时,力学参数变化明显,而大于2后力学参数变化趋缓。(2)开展加载速率对煤岩力学特性和单轴压缩声发射特性的影响研究,并综合分析加载速率和尺寸效应对煤岩力学参数的影响规律。研究表明:加载速率越高,尺寸效应越明显。其次,抗压、抗拉强度随加载速率的增加而增大,抗压强度随加载速率变化呈对数函数关系,抗拉强度随加载速率变化呈二次多项式函数关系,且试样尺寸越小,抗压、抗拉强度随加载速率增加的趋势越明显。同时,在单轴压缩试验中,峰值应变随加载速率的增大而减小,呈负相关关系,煤岩最大声发射振铃数、声发射累计振铃数随着加载速率的增加而增多,在峰值强度前后,声发射振铃数产生突变。(3)采用RFPA2D数值模拟软件,模拟单轴压缩和巴西劈裂试验过程,研究不同加载速率和尺寸效应对峰值强度等力学性质以及声发射特性的影响。将数值模拟结果与试验结果进行对比验证,二者结果基本吻合。同时,分析认为:在峰值强度前后,试件出现大面积裂纹,声发射振铃数产生突变,可将其作为岩样失稳破坏的前兆。且当试样高径比L/D≤2时,声发射数在整个过程呈现出先逐渐增多后逐渐减少直至递减为0的渐进型变化规律;当L/D>2时,在峰值强度之后出现很明显的声发射事件,属于突跃型变化规律,对利用声发射预测岩石破裂失稳具有一定的参考意义。