强降雨入渗和采动卸荷长期耦合下,岩体原有节理裂隙面的演化、扩展和贯通所诱发的系列边坡灾害给我国南方地区金属矿山深凹露天和地下安全开采提出了严峻挑战。本文以江西德兴铜矿露天转地下开采为工程背景,通过地质调研,现场取样和室内物理力学试验,预制不同含水率、不同裂隙长度和不同裂隙倾角试样进行单轴压缩对比试验,并运用PFC数值模拟软件对不同含水状态、不同埋深、不同裂隙分布、不同加卸载方式和不同孔隙水压力下的岩石进行数值模拟,分析强降雨入渗—采动卸荷耦合下高陡岩质边坡裂隙岩体的力学特性和裂隙扩展特征,为露天边坡开采和地下围岩支护提供必要的理论支撑,得到的主要结论如下:(1)不同含水状态下岩石随着含水率的增加,均呈现出压密阶段增长,弹性阶段缩短,脆性特征减弱,屈服现象明显的规律。破坏模式先出现剪切破坏,随后出现拉伸-剪切组合破坏,次生裂隙均沿着预制裂隙两端向试样上下两端扩展,并出现少量崩落区,含水率越高,裂纹产生数目越多,破坏形式更为复杂。(2)岩石抗压强度与含水率、裂隙长度均呈负线性关系,与裂隙倾角呈负指数关系;岩石弹性模量与含水率、裂隙长度均呈负指数关系,与裂隙倾角呈正指数关系。含水率对岩石抗压强度和弹性模量的影响最大,其次为裂隙长度,裂隙倾角对试样抗压强度的影响最小。(3)不同埋深岩体,初始地应力越大,其峰值应变逐渐减小,延性降低,峰后跌落速率更快,脆性特征更明显,在进行地下深部开挖时,开挖面尚未卸荷完成,围岩及覆岩就可能发生破坏。卸荷完成后,开挖临空面加快裂隙岩体的破坏。(4)不同裂隙分布岩体,加卸载过程中平行双裂隙试样轴向位移更大,裂隙压密现象更为明显,平行双裂隙和交叉双裂隙岩石均出现位移突跳和应力突然跌落现象,岩石内部裂隙扩展具有阶段性和突发性,因裂隙扩展和岩桥贯通方式不同,其突跳和跌落现象也不一致。(5)不同卸荷速率条件下,卸荷速率越快,对岩体应变影响越大,卸荷完成,出现应力跳跃点,横向应变增加速率变大,试样在卸荷方向变形剧烈,扩容现象非常显著,越易产生脆性破坏。(6)不同孔隙水压力条件下,孔隙水压力增加,试样抗压强度降低,峰值应变减小,孔隙水压力加快了岩石破坏的进行,水对岩石材料起到软化作用,并在微观裂纹和颗粒之间容易形成应力集中和水力压裂现象,对试样裂纹的发展发育起到促进作用。(7)孔隙水压和采动卸荷耦合条件下,岩石破坏进程加快,破坏形式更为复杂,整体表现为拉伸破坏为主,剪切破坏为辅,临近开挖卸荷面的一端裂隙扩展幅度更大,并与预制裂隙中部出现的裂纹有贯通趋势,最终试件被预制裂隙及两端产生的翼型拉裂隙从试件中部贯通,试件完全破坏,失去承载能力。