结构面控制着岩石地基、岩石边坡和地下洞室围岩的变形与稳定,是岩体力学性质复杂性的根源。由于结构面密集且分布不均匀、结构面之间相互交错以及空间分布的随机性,使得节理岩体变形特性表现出显著的非均匀性、各向异性、尺寸效应和随机效应。深入研究节理岩体的变形特性,对充分利用岩体、有针对性的加固岩体具有重要的理论和工程意义。目前获取节理岩体变形参数的手段主要有工程经验法、现场试验法、解析法和数值试验法。国内外学者对节理岩体的变形特性做了很多研究,但仍然存在以下不足：(a)解析法能很好的解释规则且贯穿性节理的变形特性,但缺乏对非贯穿节理变形机理的合理模拟；(b)三维结构面网络模型的离散存在较大难度,所以基于三维结构面网络离散模拟的成果较少,更缺乏对三维等效参数的随机性分析；(c)数值试验方法高效,但缺乏与岩体现场变形试验结果的对比和验证；(d)节理岩体各向异性对水工结构,特别是对高拱坝-坝基系统工作状态的影响研究鲜有报道。本文针对这些主要问题,采用理论分析、室内外试验、数值模拟与工程经验相结合的方法,从以下几个方面展开研究：(1)节理岩体变形的各向异性。对于规则贯穿节理岩体,基于应变叠加原理,推导了等效弹性本构,并分析了几种特殊贯穿节理岩体变形的空间特性。结果表明,层状节理岩体变形特性在空间上关于节理法线方向轴对称,柱状节理岩体变形特性在空间上关于平面对称,含三组正交节理的岩体特性在空间上关于平面对称。通过非贯穿节理岩体的精细模拟,验证了岩桥具有钉梢和抗剪的作用,并基于应变叠加原理、应力一致原则、应力分担原则以及应变一致原则,引入岩桥影响高度的概念,推导了节理岩体的变形等效本构关系。(2)节理岩体变形的随机效应。本文借助蒙特卡洛方法,生成了具有代表性的结构面网络样本,基于复合单元法,建立了三维柔度张量的数值试验方法,以SW水电站的复杂节理岩体为研究对象,对岩体三维柔度张量的各个分量进行统计分析,探讨节理岩体变形参数的随机特性。结果表明,每组结构面网络样本的三维等效柔度张量由于结构面的分布不同而不同,但是各个分量均服从一定的统计规律。以SW水电站左岸弱风化节理岩体为例,其三维柔度张量最接近服从对数正态分布。(3)基于岩体现场变形试验的结构面参数反演和区域岩体等效柔度张量的预测。利用岩体现场变形试验的结果,结合结构面地质调查、岩石室内试验,采用结构面网络离散模拟的数值试验法对结构面以法刚切刚为主控的变形参数进行反演,获得试验点位置的等效柔度张量并预测区域岩体的等效柔度张量。用反演得到的柔度张量进行刚性承压板试验验证,证明了反演结果的可靠性。(4)拱坝坝基岩体多尺度结构面的数值分析模型。该模型结合等效模拟和离散模拟的优势,既可以考虑断层等定位结构面,也可以考虑Ⅳ级和Ⅴ级随机结构面,并成功运用于QBT水电站拱坝-坝基系统的变形分析。结果表明：当考虑随机结构面造成的各向异性特性时,该拱坝及坝肩岩体位移分布发生了变化,坝肩岩体顺河向位移减小,拱端位移夹角增大,拱坝坝肩稳定条件变好；但拱坝变形更加扁平化,拱坝应力变坏,需要引起注意。本文研究成果对于节理岩体变形规律研究、参数合理化取值及水工结构稳定分析评价具有重要意义。