目前,井下岩石工程施工常面临硬岩破碎,传统碎岩方法表现出效率低、消耗大、成本高等问题,提高硬岩破碎效率、创新岩石破碎方法显得极为重要和紧迫。有学者已逐渐开展超声波高效破岩技术的研究,但仍处于起步阶段,缺乏系统的理论与相关实验数据。本文基于理论分析、实验室实验等方法,探讨超声波激励破岩机理,分析岩石在超声波激励下的裂隙扩展规律,以期为形成成熟的超声波高效破岩技术提供实验数据参考。论文研究得出的主要成果有:(1)建立了超声波激励岩石的动力学模型,分析了岩石在超声波激励下裂隙的扩展条件、扩展长度与速度以及超声波激励对岩石的有效破坏深度,并对岩石的疲劳破坏机理进行了探讨,认为随着岩石弹性模量的增加,其裂纹动态起裂时的振动极限偏移量逐渐增大,超声波激励岩石破碎难度逐渐增大。(2)分析了不同岩性、尺寸的试件经过不同时间的超声波激励后的表观裂隙扩展情况。结果表明:a)随激励时间的增加,表观裂隙由试件边缘逐渐向中间扩展,纵向最大扩展深度逐渐增加,但不同单位时间段内的扩展深度增量和平均扩展速度不同;b)相同条件下,试件尺寸越小,裂隙扩展发育程度越高,附加静压力越大,扩展深度与平均速度越大,激励面积小时,表观最长纵向裂隙的平均扩展速度较激励面积大时的大,实验用的花岗岩由于强度大,矿物成分主要为高硬度的石英和长石,产生表观裂隙所需的时间依次比红砂岩、灰岩和大理岩长;c)超声波激励下岩石裂隙扩展大致分为无明显裂隙、裂隙萌生、平稳扩展与快速扩展四个阶段。(3)分析了相同尺寸、不同岩性的试件经不同时间超声波激励后的内部裂隙扩展情况。结果表明:a)内部裂隙纵向最大扩展深度与平均扩展速度随时间变化的趋势和表观裂隙的变化趋势基本一致,且二者均比表观裂隙小;b)从激励接触面到试件底部,内部裂隙在纵向逐渐向试件边缘扩展;c)越靠近激励接触面,内部扩展发育的裂隙数量越多。(4)分析了不同岩性的试件在相同条件下经不同时间的超声波激励后的微观裂隙扩展情况。结果表明:a)由于岩石由矿物颗粒和各种胶结物组成,激励前期岩石微观裂隙主要以沿晶裂隙和晶间裂隙扩展,后期由于各类矿物晶粒介电常数不同,晶粒摩擦升温发生穿晶裂隙扩展;b)张拉型裂隙是红砂岩、大理岩、花岗岩和灰岩共有的微观裂隙主要扩展类型;c)红砂岩与大理岩的穿晶裂隙扩展面较平滑,花岗岩与灰岩的穿晶裂隙扩展面较粗糙且穿晶裂隙扩展拐点多、不规则;d)花岗岩和灰岩微观晶粒表面产生的小尺度裂隙较多。本论文中有图80幅,表14个,参考文献98篇。