压裂/致裂技术被广泛应用于煤矿瓦斯卸压抽采、顶板预裂防冲、油气增透开采和岩土开挖等工程。随着深度的增加,地应力增大,压裂和致裂难度增大:致密岩层需要高致裂压力,裂隙岩层或松软煤层需要高的冲击强度,很多情况下还要求孔壁较为完整,从而导致常规水力压裂在煤层增渗方面面临巨大挑战;而以高能气体压裂技术为代表的传统动态压裂则存在药剂安全性和致裂孔强冲击粉碎性破坏等问题。团队提出了高压水热冲击致裂新方法,但对其致裂规律和机理缺乏深入研究。基于此,本文自主研发高压水热冲击致裂真三轴试验系统,开展三轴加载情况下高压水热冲击致裂试验,研究高压水热冲击致裂裂缝扩展规律及其致裂机理。主要工作及结论如下:(1)构建了高压水热冲击致裂真三轴试验系统,开展了不同释放压力条件下高压水热冲击致裂裂缝扩展规律实验,测试并分析揭示了高压水热冲击过程中瞬态气动力脉冲变化规律。结果表明:高压水热过程能够产生高冲击压力,冲击压力呈脉冲式波动,脉冲波动体现出流体膨胀相变过程,峰值前波动反应管路差异,峰值后波动则反应裂缝扩展过程;高压水热全过程压力曲线可分为:加速增压-线性增压-减速增压-压力稳定-压力释放-残余压力六个阶段。(2)开展了不同释放压力、致裂孔(及管道)不同初始注水压力条件下高强均质混凝土裂缝扩展及分布规律试验研究。研究发现:高压水热能够冲击致裂高强度均质混凝土;高释放压力下,高压水热冲击致裂试验产生3-6条径向裂缝及撕裂裂缝,低释放压力则转化为常规水力压裂产生的单一型裂缝;初始未注水模式下裂缝复杂度随释放压力增长呈现线性增长规律,预注水模式下径向裂缝数量增加,裂缝复杂度呈现非线性增加;径向裂缝数量与最大增压速率相关。常规水力压裂对比组以排量为变量,发现起裂压力随排量增大而增大,裂缝则以垂直于最小水平主应力方向的单一裂缝为主。(3)基于应力波衰减理论、流体等熵膨胀特性及断裂力学应力强度因子理论,建立了高温高压气动力脉冲驱动裂缝扩展理论模型,研究揭示了高压水热冲击致裂裂缝扩展机理。研究表明:高压水热产生的高温高压水驱动裂隙扩展过程中会发生等熵膨胀,其温度、压力迅速衰减,致裂过程包括瞬态气动力脉冲的冲击动态加载过程和裂隙高压水非线性流动劈裂过程;动态加载过程产生初始多条分支裂缝,高温高压水劈裂过程进一步促使裂缝扩展及延伸,且受应力状态影响,存在优势扩展裂缝。研究成果对于促进高压水热致裂技术理论体系建立,提高高应力坚硬岩层和裂隙煤岩体致裂效果,以及作为敏感环境岩土工程安全高效开挖技术手段补充具有重要意义。本论文共包含图58幅,表10个,参考文献65篇。