本文提出一种新的数值模拟计算方法-广义粒子动力学(GPD)算法对地下裂隙岩体在应力、渗流及温度耦合作用下裂隙扩展机理进行理论及数值研究。(1)采用Hoek-Brown强度准则对脆性岩体的裂隙启裂、扩展和连接进行判断。当粒子的应力满足Hoek-Brown强度准则时,粒子失效,根据失效粒子的破裂顺序对裂隙扩展路径进行描述。(2)采用GPD数值方法,建立岩体系统的应力、渗流、损伤耦合模型。模拟研究了含水及不含水情况下,地下隧道开挖卸荷后的裂隙扩展规律,以及隧道围岩的位移情况;研究了渗流场对应力场及损伤场的影响。(3)本文提出一种新的“生成粒子算法”,来模拟竖向荷载和裂隙水压耦合作用下岩体裂隙扩展机理。当张开裂纹的张开度达到一定程度时,携带水粒子参数的新粒子会在空白区域生成;根据Hoek-Brown强度准则对岩石粒子间虚拟键的断裂进行判断;断裂虚拟键只能够承受粒子间的压应力作用,而不能承受拉应力作用;裂隙水压对翼型裂纹起裂角及起裂位置有很大影响,随着裂隙水压的增大,翼型裂纹的扩展方向与预置裂纹轴线的夹角逐渐增大,起裂位置逐渐向预置裂纹轴线方向移动。(4)采用GPD数值方法,建立岩体的应力、温度、损伤耦合模型。在基质热膨胀系数小于内嵌材料的热膨胀系数时,内嵌颗粒处于静水压力状态,基质材料在径向方向受压,环向方向受拉,由于岩石材料抗拉强度较低,在环向拉力作用下会产生径向裂纹;在基质热膨胀系数大于内嵌材料的热膨胀系数时,内嵌颗粒处于拉伸状态,基质材料则在径向方向受拉,环向方向受压,此时最大拉应力位于内嵌材料和基质材料的接触面位置,即在接触面位置,基质材料发生拉伸破坏。(5)在GPD数值方法中,建立岩体的温度、渗流耦合计算模型。考虑温度场影响时,一方面,洞室开挖后周边围岩温度降低,导致岩体渗透系数降低;另一方面,温差的存在对渗流扩散产生影响,导致洞室周边裂隙水的渗流速度明显比不考虑温度场时偏低,渗流迹线在相同渗流时间段内扩展长度减小。在渗流作用条件下,由于宏观裂隙渗流的影响,造成在裂隙处温度场分布不均,温度降低较慢,同时由于渗流的影响,随着计算步加大,温度场向外扩展,温度场在含宏观裂隙的位置出现温度传播受阻的情况。这表明,不仅温度对渗流场有较大影响,渗流场对温度场也有较大影响。(6)在应力、渗流、温度、损伤耦合情况下,不同侧压力系数对洞室周围岩体损伤区的扩展有较大影响。当侧压力系数较小时,洞室拱顶上方及底板下方损伤区扩展范围较大,宏观裂隙开裂水平也较高;随着侧压力系数的增大,洞室周边拉应力区逐渐减小,宏观裂隙的开裂水平也逐渐减小;但在开挖卸荷初始阶段,围岩损伤区却较侧压力系数较小时要大。