板裂状隧道围岩由于受极发育的层间错动影响而具有明显的结构性,其变形破坏特征更为复杂。尤其在高地应力区脆性硬岩隧道开挖中,板裂化形成的板裂状围岩会产生突发性破裂,破裂强烈时还会出现岩爆等不良地质现象,危及洞内施工人员安全。本文以硬脆性岩体为原型,在遵循相似理论的基础上,通过室内物理模型试验对板裂状隧道围岩破裂及突水的过程与其影响因素进行研究,并结合材料力学压杆稳定问题对板裂状围岩破裂失稳机理进行分析。主要研究工作如下:(1)以硬脆性流纹岩为试验围岩的原型,根据其力学及变形特征,在前人对脆性岩体相似材料的基础上,通过改变石膏、水泥、砂和水四种材料的配比得到满足本次试验岩体物理力学特性要求的模型相似材料;(2)针对模型试验的研究目的,自主研制模型框架、加载及平面应变约束系统,并根据板裂状隧道围岩的特征及原型岩石的力学性质,运用相似理论,设计初始板裂化后形成的直墙板裂状隧道模型,研究其在双轴加载及板间空隙水压作用下围岩变形特征与破坏模式;(3)运用物理模型试验研究了板裂围岩厚度为10mm、20mm及30mm隧道模型,揭示了双轴加载条件下不同板裂围岩厚度隧道的变形特征及直墙板裂化围岩的破坏过程,并对比分析了隧道围岩各变形阶段的应力分布规律;(4)通过对板裂厚度为30mm的隧道进行板间空隙水压加载破坏试验,揭示了空隙水压作用下板裂状隧道围岩的破坏及突水特征,并与相同板裂厚度双轴加载破坏的隧道模型相对比,得到了两种加载方式下板裂状隧道围岩的破裂过程及应力分布的差异;(5)基于理想弹性假设,采用材料力学压杆稳定原理分析板裂状岩体屈曲破裂机理,结果表明围岩弹性模量越大、板裂厚度越大、板裂高度越小,则轴向临界压应力值越大,并用1#模型试验结果验证了理论的正确性,分析了 2#和3#模型试验与理论结果产生差异的原因。