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岩石断裂力学是当今世界岩石力学及采矿工程方面的前沿性学科。岩石裂隙扩展是诱发工程活动(如煤层开采、隧道开挖)地质灾害的一个主要因素。我国煤矿典型长壁开采工作面推进长度为1000m～3000m,宽度100m～300m,开采高度1.5m～3m,可以将长壁开采工作面简化为边缘裂纹。深入研究边缘裂纹扩展规律及破裂机制对长壁开采底板突水防控提供理论和技术支持。本文综合采用理论分析、实验室力学试验、声发射监测试验、注色反演试验及数值模拟等研究方法,从边缘裂纹扩展规律、能量与应力演化机制、破裂空间分布特征对类岩石材料边缘裂纹扩展规律及破裂机制进行了系统研究。主要研究内容及成果如下:(1)分析了单轴加载二维边缘裂纹扩展规律及破裂机制,试件单轴抗压强度、起裂强度随预制裂纹长度增加而减小;翼型拉伸裂纹首先起裂于预制二维边缘裂纹尖端,沿加载方向扩展,随着荷载增加,反翼拉伸裂纹、次生拉伸裂纹及剪切裂纹产生,最终形成拉伸破坏模式;试件内部裂纹产生使试件承载力出现阶梯式波动,AE能量及幅值呈现跳跃式变化;通过数值模拟解释了不同长度下裂纹扩展过程及应力、位移演化规律。(2)研究了单轴加载三维边缘裂纹扩展规律及破裂机制,随着预制三维边缘裂纹长度增加,试件的平均抗压强度、起裂强度逐渐降低;试件以拉伸裂纹扩展为主,伴生翼状拉伸、反翼拉伸及剪切裂纹,整体表现为横向拉伸+竖向劈裂的拉伸破坏模式;随着预制裂纹长度增加,AE活跃时间提前;提出了一种注色反演试件破裂空间形态的方法,获得了试件呈现出“λ”和“Y”形破裂态。(3)探讨了真三轴加载三维边缘裂纹扩展规律及破裂机制,试件主要以剪切裂纹为主,拉伸裂纹传播受到限制,预制三维边缘裂纹闭合;随着预制三维边缘裂纹长度及中间主应力增加,试件轴向应变及AE能率最大值随之增大,AE事件总数呈现非线性的增长趋势;随着预制三维边缘裂纹长度增加,试件最大主应力减小,破坏形式由单一主控剪切带转变成“X”型的双控剪切带。(4)采用煤层开采底板突水相似模拟试验系统,研究了底板裂隙扩展及突水通道形成过程,对比分析了底板突水通道及底板裂隙与边缘裂纹扩展产生的裂纹的形式;探索了基于岩石断裂力学理论的突水通道形成机理。