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高地温环境下深埋隧道的岩石力学问题已成为研究热点之一。高地温、高地应力等极端恶劣的地质条件使得深埋隧道岩爆灾害频发,其根源在于隧道围岩在特殊耦合条件下的岩石力学性质及变形特性。为深入研究地温环境下岩石的特殊力学性质及可能引发的现场岩爆效应,本文基于室内试验的手段,开展了实时高温下(20℃~120℃)大理岩单轴压缩试验、抗拉试验、常规三轴试验、岩爆倾向性试验、X光衍射、薄片鉴定等一系列室内试验,得到了热-力作用下大理岩单轴及三轴条件下的基本力学特性,并从宏观和微观两个角度分析了大理岩破坏机理。在试验的基础上,得出了大理岩随温度的岩爆倾向变化,并结合声发射震型模式探讨了现场可能出现的岩爆效应,主要取得了以下成果:(1)热-力作用下大理岩单轴压缩试验结果表明,温度越高,峰后应力更多发生直接脆性跌落,说明温度升高导致岩样脆性有一定增强。随温度升高,大理岩单轴抗压强度减小,40℃为本次锦屏大理岩的强度阈值温度,40℃以后,温度对力学性质劣化作用明显。平均峰值应变先减小后增大,弹性模量和泊松比呈现出先增大后减小的规律,但弹性模量在数值上波动不大。(2)随温度升高,大理岩单轴压缩后的破坏模式从张剪复合型破坏逐渐过渡为张拉破坏,表现出一定程度的脆性特征增强。声发射振铃计数率除90℃较小外,整体水平随温度升高而上升,在120℃时达到最大。能量与计数率的变化趋势相同。20℃时,累积计数与累积能量处于上升趋势,而其他温度下损伤累积有一定阶段性。整体在岩样临近破坏阶段累积参数都突然增大,表现出能量的蓄积和突然释放过程。(3)热-力作用下大理岩常规三轴试验结果表明,随围压增大,偏应力-主应变曲线明显变陡,岩石屈服应力、峰值强度、残余强度增大,屈服平台变长,体现出大理岩的脆-延性转换特征,应力依然发生大幅跌落,处于为半脆性阶段。大理岩三轴抗压强度、峰值应变、弹性模量、泊松比均随围压增大而增大。随温度升高,三轴抗压强度减小,峰值应变、弹性模量波动不大,泊松比大致呈先增大后减小的趋势,相对常温状态下,变形能力增强。(4)随温度升高,大理岩三轴破坏模式从剪切破坏过渡到张拉破坏(5MPa),在15MPa及更高围压约束下,破坏模式以剪切为主,温度越高,破坏越剧烈,破裂角的规律表现为“升-降-升”,在120℃达到最大。分析破坏模式的热力耦合效应认为,温度对大理岩破坏模式的影响只表现在围压为0或较低时(5MPa),围压大于5MPa后,宏观表现上围压效应盖过了温度效应,破坏模式均以剪切破坏为主,而温度效应则由破裂角得以体现,温度越高,破裂角有增大趋势。(5)随温度升高,三轴声发射振铃计数与能量整体水平增大,各围压下振铃计数率及能量最大值都出现在90℃或120℃,表明温度升高,更易发生突发性剧烈破坏。累积参数也呈现高温下整体水平较高的规律,累积参数曲线的“平静期”出现在温度较低、围压较低的情况下,而围压较高时(25MPa、35MPa),即使常温下也不再出现“平静期”,围压效应盖过了温度效应。(6)本次试验的锦屏大理岩主要矿物成分为方解石和白云石,其中方解石占较大的比例,粒径为0.04-0.31mm不等,结晶程度较好,菱形解理发育,含有少量已绢云母化的长石及白云石。大理岩结晶程度较好导致岩石常温强度较高,高温加剧了矿物颗粒的热运动,致使摩擦系数降低。因此随温度升高,岩石强度减小。高温下岩石表现为张拉破坏是由于升温后晶界溶蚀裂纹在温度作用下宽度增大,并且溶蚀路径具有随机性,微裂纹可能在多处发生扩展,宏观上即表现为张拉破坏。(7)大理岩岩爆倾向性指数(Wet)随温度升高表现出增大的趋势,在20℃~60℃,表现为中等岩爆倾向;90℃、120℃表现为强烈岩爆倾向;通过试验得出强度脆性系数R随温度的变化为先升高后降低之后再升高,判断各温度下岩样均属于强烈岩爆倾向,将R变化趋势作为Wet指数的辅助判别,得出R与Wet有很好的相关性,变化规律几乎一致,判定60℃前呈轻微~中等岩爆倾向,而随着温度继续升高,岩爆倾向性增大,达到强烈岩爆倾向。(8)将单轴试验得出的大理岩声发射活动特性分为三种震型:主震型(120℃)、前震-主震型(60℃)及群震型(20℃)。前震-主震型和群震型在破坏前就有一定的声发射前兆,而主震型声发射对应的岩样破坏过程并没有任何前兆特征,破坏具有突发性,表明弹性应变能在前期的不断积蓄及破坏时的突然释放。三种声发射震型在能量特征上均呈现了相对于计数率的滞后效应,揭示了岩石的破裂是由微裂纹的累积(小能量事件)向宏观裂纹(高能量事件)演化的特征。(9)基于Wet随温度的演化规律,综合分析三种声发射震型及对应岩样破坏特征,随温度升高,岩爆倾向性增大,而在声发射和岩石破坏特征上反映出的也是破坏更加地突然、更加地剧烈,三者有很好的相关性。总结了现场可能产生的两种岩爆效应模式:片帮型岩爆效应(60℃以下)和弹射型岩爆效应(>60℃)。