岩体是由众多规模不一、产状各异的结构面以及这些结构面切割形成的形状各异,块堵不等的岩块共同组成的地质体,因此,岩体在荷载作用下的变形也主要由岩块的变形和结构面的变形共同组成。岩块相比结构面一般较为坚硬,岩体变形主要发生在结构面中。结构面的法向变形和切向变形可能导致结构面的闭合,张裂,萌生和扩展,从而引起岩体裂隙网络和结构特征的变化。岩体的渗流在本质上也受岩体结构面的控制,结构面的变形和岩体结构特征的变化将引起岩体渗透特性的变化,从而表现出岩体渗透特性对岩体变形和应力状态的依赖关系。综上,结构面的存在显著地影响着岩体的力学、热力学及流体力学等工程特性。结构面的力学特性、水力特性及热力学特性等是岩石力学的基本科学问题。本文紧密围绕岩体力学及水力特性的这一课题,采用理论分析、数值模拟,试验相结合的研究方法,分别对岩块及结构面的力学及水力特性进行研究。论文的主要研究内容如下：1.系统总结了关于结构面三维形貌参数的理论研究成果,通过分析结构面室内形貌测量和剪切试验数据,以结构面有效剪切倾角加权平均值和最大可能接触面积比作为结构面三维形貌参数,分析岩石结构面试件形貌特征,研究了结构面三维形貌参数的各向异性规律及形貌参数随剪切次数的变化规律,对比分析了花岗岩和红砂岩结构面表面形貌参数变化规律。2.基于水泥砂浆复制结构面直剪试验结果,建立了结构面三维抗剪强度经验模型,通过对比岩石结构面试验结果,对模型进行了修正。为了研究多次剪切过程结构面抗剪强度变化规律,采用花岗岩和红砂岩两类结构面试件各五组进行室内结构面剪切试验,对两类结构面试样分别进行五级常法向荷载条件下的结构面剪切试验,同时对每级法向荷载条件下的试件进行多次剪切试验,剪切次数为四次,每次剪切10mm,同时对每次剪切前结构面的形貌进行测量。基于试验结果,分析了结构面多次剪切过程中抗剪强度的衰减规律及三维形貌对其影响,研究了剪切次数、抗剪强度及形貌参数的定量关系,建立了结构面多次剪切抗剪强度经验模型。最后,采用PFC3D软件对结构面形貌影响其剪切强度的规律进行了数值模拟研究。3.利用三轴耦合试验机进行了粗砂岩不同围压条件下变形破坏过程渗透性试验,分析了粗砂岩变形及破裂过程渗透性的变化规律,研究了围压对粗砂岩渗透性的影响,探讨了试样变形过程渗透性与体积应变的关系。研究表明：试样在变形破坏过程中,渗透性对环向应变的变化更为敏感。围压越大,粗砂岩渗透性变化曲线的峰值及峰后残余值越小,渗透性-应变过程曲线越平缓。基于多孔介质理论的质量守恒方程得到孔隙率与体积应变的关系式,采用Kozeny-carman方程研究了粗砂岩变形过程中渗透性与体积应变的关系。4.系统总结了已有岩石结构面剪切渗流耦合室内试验的研究,通过对剪切盒封水系统的改进,研制了JAW-1000型岩石单结构面剪切渗流耦合试验系统。该系统剪切盒的封水系统主要通过采用进、出水口的聚氨酯垫块和剪切盒侧板的聚氨酯密封囊实现。应用试验系统,初步进行了花岗岩结构面试件常法向荷载和常法向刚度两种条件下的剪切渗流耦合试验,试验结果验证了试验系统的可靠性。试验结果表明：在花岗岩结构面的剪切渗流耦合试验中,结构面的剪切应力,法向位移及水力开度均呈现两阶段的变化规律。随着剪切次数的增加,结构面的峰值剪切应力及残余值降低,剪胀点延迟,结构面的初始水力开度显著提高,法向位移和水力开度变化曲线逐渐趋于平缓。