岩体是自然界中具有一定结构特征的地质体,其内部发育有各种各样具有一定方向、规模和形态的结构面。岩体往往不是因为岩体本身破坏发生失稳,而是沿着其内部的软弱结构面发生破坏。甚至可以说,岩体的稳定性在一定程度上是由这些结构面(特别是控制性结构面)所决定的。本文借助三维白光扫描技术获得结构面的点云数据,以此对结构面的细观形貌相关性质进行研究。主要研究内容如下:(1)描述岩石结构面形貌特征的一个重要作用就是为了能更好地理解结构面的剪切行为,因此从结构面剪切的过程中出发,抓住在剪切方向上对剪切行为起关键因素的结构面形貌特征来描述结构面形态,进而提出描述结构面形貌特征的新指标—抗剪系数SC。抗剪系数SC描述了在剪切方向上结构面形貌的起伏特征、起伏分布特征,以及高度特征,并且该指标还可以表征形貌特征的方向性。另外,为了使抗剪系数具有普遍使用意义,用其对10条数字化的JRC曲线进行度量,建立了与JRC值的拟合关系。基于三维白光扫描技术得到结构面的点云数据,对其三角网格化后,将抗剪系数SC进行了三维化,使其能够更好地描述结构面的三维形貌特征。(2)利用结构面的点云数据,研究了采样间距效应对描述结构面形貌特征的影响。研究发现:随着采样间隔的增大,坡度均方根Z2和节理剖面指标Rp逐渐减小,并且衰减的幅度逐渐增大,两者与采样间隔均存在开口向下的二次函数关系;随着采样间隔的增大,抗剪系数SC的大致趋势也是是下降的,并且两者呈现线性函数的拟合关系。(3)借助三维白光扫描技术和3D打印技术提出了一种含自然结构面形貌特征的模型试样制作方法,为了验证所提出含自然结构面模型试件浇筑的方法是否符合试验要求,对所浇筑的模型试样的形貌形态以及剪切强度的离散性进行了分析,结果表明本方法是符合试验要求的。(4)借助三维白光扫描仪对自然岩石试件A和岩石试件B进行了扫描,获得了其点云数据,并对沿不同分析方向上的形貌特征进行了度量,进而来探究自然结构面形貌特征的各向异性特征。研究发现:结构面的形貌特征确实存在各向异性,并提出了利用抗剪系数变异度来定量描述不同结构面各向异性特征的差别。(5)利用本文所提出的含自然结构面剪切试件的制作方法,制作了若干块含相同自然结构面混凝土试件,并沿不同方向进行剪切试验来研究其强度各向异性的特征。研究发现,峰值剪切强度的各向异性随着法向应力的增大呈现先增大后减小的规律。另外从结构面的破坏形式,对结构面形貌特征的各向异性和强度的各向异性两者之间关系进行了分析。