在矿山深部施工和开采的过程中,由于开挖卸荷的作用使岩石内部高地应力所聚集的能量释放,使开挖的巷道发生失稳破坏,在极端情况下,大量的弹性能以动能的形式瞬间释放,导致岩体爆裂,并伴随着岩块的弹射,产生岩爆。本文通过设计正交试验、极差分析以及线性和非线性回归等综合手段研制了岩石相似材料,并进行了相似模拟材料真三轴加卸荷试验,以此分析了其强度、变形、破坏等特征;研究了不同三向应力环境下岩石内部裂纹的萌发和扩展过程以及声发射的分布规律。本文取得的研究成果主要如下:(1)通过设计正交试验和极差分析,分析了相似材料混合物各指标因素对相似材料的力学参数的影响程度。结果表明:掺砂率对试件的单轴抗压强度最大;硼砂含量对试件的抗拉强度、弹性模量影响最为显著;其他因素,例如石膏水泥比、掺水率等对相似试件的力学参数也有一定的影响。(2)通过将相似材料的配比作为自变量,相似材料的各力学参数作为因变量,建立相似材料力学参数多元线性回归和投影寻踪非线性拟合预测模型。结果表明:相似材料的配比与力学参数之间存在显著的非线性关系,而投影寻踪回归模型对这种非线性关系的处理能力较线性回归模型强,能够满足对特定相似材料力学参数的制作需要。(3)通过分析在卸荷过程中初始应力水平对岩石应变和强度的影响。结果表明:a)试件的三向应变均会发生不同程度蠕变现象,且蠕变的程度随初始应力水平的增加而增大;b)在卸去最小主应力后,最小主应变会发生剧烈的回撤现象,试件在卸荷面释放了大量前期储存的弹性能;c)灰岩和白云岩相似试件在真三轴加卸荷条件下,试件的峰值强度随三向初始应力水平的增加而增大。(4)通过对加卸荷过程中弹性模量和应力脆性特征的处理分析了不同初始应力水平对岩石弹塑性和脆性的影响,结果表明:a)在三向初始应力加载过程中,弹性模量总体随最大主应力的增加而增大;b)在开挖卸荷后,随着最大主应力的逐步增大,灰岩的延性增加,发生突发性破坏的可能性减小,即岩爆倾向较小;白云岩的脆性增加,发生突发性破坏可能性增大,岩爆发生的机率增大。(5)通过对试件在卸荷与峰值强度时的声发射数量之比、声发射RA值、试件破坏时的宏观形态特征等分析,分别研究了卸荷对灰岩和白云岩两种岩石的损伤程度和破坏形式。结果表明:a)在不同初始应力条件下,随着三向初始应力的增大,卸荷作用对灰岩损伤在增强,对白云岩的损伤作用在减弱;b)对于灰岩的相似试件,随着初始应力的增加,张拉裂纹数量增多,试件破坏以劈裂形式为主。c)白云岩相似试件随着初始应力场的逐步升高,破坏形式具有明显的从劈裂至剪切破坏演化特征,表明初始应力场会对试件拉伸和剪切的极限值有重要的影响。