随着地下工程向活动构造区和深部进军，地应力逐渐增高，工程开挖引起应力重分布在开挖面附近形成强烈应力集中，容易引发坚硬围岩中储存应变能的突然释放，造成片帮、岩爆等脆性破坏，给高应力地区地下工程安全建设运维带来挑战。经典岩石力学常常基于实验室测得的单轴抗压强度预测岩石脆性破坏时的围岩应力，即岩石脆性破坏预测的静载荷理论。然而多个地下工程原位测试数据表明，岩石发生脆性破坏时围岩应力都显著低于实验室测量的单轴抗压强度，静载荷理论并不能适用于岩石脆性破坏的预测。因此，岩石脆性破坏预测成为近年来岩体工程地质力学研究的前沿热点与难点。

为解决这一问题，中国科学院地质与地球物理研究所祁生文研究员等人联合中国电建集团成都勘测设计研究院张世殊正高级工程师，结合以往的研究资料，在现场大量片帮、岩爆等脆性破坏数据的基础上，提出了岩石脆性破坏的四种机制模式，即板裂型（I型）、溃曲型（II型）、剪切型（III型）和结构面滑移型（IV型-复合型）。当岩体较为完整时，随着围岩应力集中程度的增强，起初主要发生轻微脆性破坏的板裂型片帮，再严重些是中度脆性破坏的溃曲，而如果出现了V型坑的剪切破坏，则是强烈的脆性破坏。如果岩体中结构面发育，则属于复合型破坏，岩石脆性破坏的严重程度等级将提高一级（见表1）。

在此基础上，基于围岩破坏深度与洞室半径之比把岩石脆性破坏严重程度分为轻微、中等、强烈和极强四个等级（见表2）。

基于岩石脆性破坏机制，结合岩石破坏过程的全应力-应变曲线（图1），他们提出了新的地下工程围岩脆性破坏预测判据：当洞壁最大主应力超过岩石起裂应力时，岩石会发生轻微或中等脆性破坏；当洞壁最大主应力集中以至于超过岩石损伤应力时，岩石剪切破坏会增加，导致强烈的脆性破坏。考虑到围岩与岩石的差异，他们创新性引入岩体完整性系数Kv或地质强度指数GSI对预测判据进行校正（如表3所示）。

他们将脆性破坏判据应用于双江口水电站地下厂房工程开挖中，多个不同岩体破坏程度的预测区域均发生了相应的破坏，预测结果与现场高度相符，得到了验证（图2）。此外还使用了来自多个工程的数据做了检验，结果表明准确率很高，相比于现有的岩石脆性破坏准则有了明显提高。

图1 典型脆性岩石全应力应变曲线

图2 双江口水电站岩石脆性破坏现场图。（a）桩号K0+890m；（b）桩号K-64m

综上，该研究按照围岩脆性破坏的力学机制，将岩石脆性破坏分成板裂型（I型）、溃曲型（II型）、剪切型（III型）、结构滑移型（IV型）四种类型，同时根据围岩破坏深度与隧道半径比值将岩石脆性破坏严重程度分成轻微、中等、较强和强烈四个等级。同时，结合岩石破坏全应力-应变曲线，提出了一种预测岩石脆性破坏严重程度的新方法，该方法在双江口水电站及其他工程实例中得到了很好的验证。该新判据的应用前景广阔，有望为越来越多的在建拟建的高地应力地下工程安全建设提供科学支撑。

研究成果发表于国际学术期刊JRMGE (祁生文，郭松峰，Muhammad Faisal Waqar，罗光明，张世殊. Prediction of brittle rock failure severity: An approach based on rock mass failure progress. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering,2024,16: 4852-4865. DOI: 10.1016/j.jrmge.2024.03.005.)。研究受国家自然科学基金项目（No. 41825018,42141009）、第二次青藏高原科考项目（No. 2019QZKK0904）资助。