完整岩石的变形小,渗透系数低,而天然岩体中存在大量的裂隙。裂隙的闭合或者破坏是引起岩体变形的主要原因,且渗流主要在裂隙中运动。在工程建设中,裂隙岩体通常处于复杂应力状态下,岩体的力学特性和渗流规律也变的十分复杂。因此对复杂应力状态下的裂隙进行研究可以更好的了解岩体的力学特性和渗流规律,对工程生产建设起着重要的指导意义。本文以石膏材料制作的单裂隙为研究对象,进行了不同法向应力、不同剪切速率和不同水头压力作用下的单裂隙渗流剪切试验。在对不同法向应力作用时的裂隙渗流剪切试验分析中,基于Barton剪胀模型研究了全剪切过程中裂隙法向位移的变化规律;基于不同工况时的裂隙渗流剪切耦合试验,分析了剪切过程中法向应力、剪切速率和水头压力对渗流非线性的影响;基于接触率的渗流试验和数值模拟,研究了接触率和接触形式对渗流的影响规律,修正了辐射流立方定律公式。主要得出以下成果和结论:(1)通过裂隙面受力分析及试验数据分析得出峰值剪切位移随齿状裂隙面起伏角和法向应力的增大而减小。以剪切破坏为临界点得到了单裂隙全剪切过程的剪胀经验公式,该剪胀模型分为峰前剪胀模型和峰后剪胀模型。该模型能很好的反应剪切过程中法向位移的四个阶段,即峰前剪缩、峰前剪胀、峰后剪缩和稳定阶段,可以精确的预测不同剪切位移处的法向位移。(2)通过接触率渗流试验发现裂隙的渗流量与水压之间呈非线性关系。接触率的增加会降低裂隙的渗透性,且在相同接触率时,使渗流通道曲折的接触形式会更有利于降低裂隙的渗透性。通过数学方法推导出适用于辐射流的立方定律,并通过对接触率的渗流试验结果分析得出考虑接触率和水头压力的修正系数,带入已修正的立方定律中,进一步提高立方定律的适用性和准确性。(3)基于数值模拟发现环接触率的增加会使渗流的非线性现象加强,Forchheimer定律中线性系数随环接触率的增大呈线性增长,非线性系数随环接触率的增大呈幂函数增长。剪切过程中渗流的非线性现象随着剪切破坏的发生而不断变化,线性系数和非线性系数随剪切呈现先增大后减小的变化规律,且剪切破坏后渗流的非线性现象加强。