隧道、边坡、核废料处理、地热、石油和天然气开采甚至古代石制遗迹等岩体结构的长期响应与稳定性一直备受关注,而岩石流变性质是进行岩体工程长期稳定性预测的重要依据。岩体结构在长期服役过程中往往受到各种荷载和周围环境的共同作用。由于水岩作用造成的工程失稳案例层出不穷,这说明水对岩体结构的安全性和稳定性具有重要的影响。那么,充分了解水对岩石力学特性尤其是蠕变特性的影响是十分必要的,但是目前关于水对岩石瞬时和蠕变特性的影响规律和作用机理还不够明确和充分。鉴于此,本课题拟通过大量物理试验、数据分析和数值模拟相结合的方法开展研究工作,并将试验结果应用于探索实际的工程问题。本文的研究结论将有助于明确水对岩石流变力学特性的影响规律及其影响机理,丰富和完善岩石流变力学理论的研究,从而为预测岩体工程的长期稳定与安全提供参考。具体开展的工作以及主要结论如下:(1)广泛开展了含水率对红砂岩瞬时力学性质影响的单轴压缩、三轴压缩和巴西劈裂试验,综合分析含水率对红砂岩单轴抗压强度、特征应力、三轴强度、拉伸强度等力学参数的影响规律,结果表明,含水红砂岩的压缩强度、拉伸强度、各阶段特征应力均随含水率增加而呈负指数形式衰减:强度软化系数随围压增大而增大,且水分对岩石抗拉强度的降低作用大于抗压强度;随着含水率的增大,试样破坏模式逐渐由劈裂破坏向剪切破坏过渡。(2)设计了一套可与RMT-150C试验机配套使用的环境试验箱,对红砂岩试件开展了考虑荷载与水共同作用的单轴分级加载蠕变试验,并对表面密封的干燥和饱水试件进行常规单轴压缩蠕变试验作为对照试验。结果表明,与表面密封的干燥和饱水试件相比,受荷载和水共同作用的浸水红砂岩的蠕变应变、稳态应变率均增大,失效时间提前,长期强度降低。通过区分瞬时应变、与时间相关的蠕变应变和总应变,定义了变量声为蠕变应变与总应变的百分比,建立变量β与应力的关系。变量β随应力增加出现先减小后增大的趋势,将趋势的转折点对应的应力定义为长期强度。此外,通过对红砂岩进行常规单轴、三轴及巴西劈裂蠕变试验发现,变量β随应力先减小后增大趋势普遍存在,认为应变比β最小值法可以作为一种新的确定岩石长期强度的方法。(3)开展了不同应力和水共同作用下非饱和红砂岩试件(含水率分别为0%、2.97%、3.34%、3.37%和3.45%)的单轴压缩蠕变试验,分别建立了瞬时应变、蠕变应变、稳态应变率和破坏时间与初始含水率的关系,分析初始含水率对红砂岩蠕变力学参数的影响。研究表明,在恒定荷载与水共同作用下,即便是初始饱和岩样,其蠕变特性仍然有显著的变化。瞬时应变和稳态应变率随含水率的增加呈指数形式逐渐增大,而蠕变应变和破坏时间随含水率的增加而减小。(4)对初始饱水红砂岩试件开展相同应力水平不同持载时间下的蠕变试验。结合80%高应力水平下不同蠕变时间后红砂岩试件的吸水试验结果,对比分析了饱水红砂岩试件在蠕变前后吸水性能的变化规律,将吸水性能的改变与蠕变过程中的损伤演化和裂纹扩展建立联系。结果表明,浸水条件下的饱和试件受到荷载和水的共同作用,在蠕变的过程中,岩石内部裂纹不断增多导致产生与时间相关的变形,促使环境中的水不断的迁移到新裂隙尖端,加剧了水的物理力学作用,这是一个应力、水分迁移以及损伤演化相互影响相互作用的过程,这也是在荷载与水共同作用下饱水岩样的蠕变力学特性依然显著变化的根本原因。(5)在真实破裂过程分析(Realistic Failure Process analysis,简称RFPA)软件的基础上,采用考虑应力—水—损伤耦合作用的数值计算方法,建立小尺寸岩石试件在浸水条件下的数值模型,结合试验数据确定模型参数,对不同应力水平下浸水模型的蠕变过程进行数值模拟。通过与干燥模型的数值模拟结果对比发现,相同应力水平下浸水模型的破坏时间明显缩短,这个数值计算结果与物理试验规律十分一致,间接验证了数值计算方法的合理性。(6)尽管松动圈的存在已经毫无争议,但是目前的松动圈理论还不能对松动圈形成的时间效应给以准确的物理解释和理论描述。采用考虑应力—水—损伤耦合作用的数值计算方法,再现水汽环境中围岩松动圈的形成过程,探讨围岩松动圈形成的时间效应机理。结果表明,水汽环境中围岩松动圈由应力导致的不规则的破裂圈和水分迁移导致的规则的材料弱化圈两部分组成。水分在围岩内部迁移伴随着围岩性质的弱化是一个与时间相关的过程,这就是围岩松动圈形成具有时间效应的原因。此外,讨论了有无防水加固方案及何时加固对围岩变形的影响,通过对比分析计算结果发现,及时采取防水加固的支护方案可以有效防止围岩变形。