西南地区强震、高地应力、高渗压以及强卸荷等复杂地质环境使得高边坡变形稳定问题突出。工程实践发现,在边坡发生破坏前一般会有持续的非线性变形阶段。揭示边坡变形与破坏的内在机制、演化规律,进而提出经济合理的加固措施对工程具有重要意义。本文基于三维非线性有限元,围绕不平衡力与岩体结构破坏的关系,针对复杂高边坡变形破坏机理、岩体参数反演以及结构面动力破坏等开展理论与数值分析。主要研究工作及成果如下:(1)基于最小塑性余能原理,在三维非线性有限元框架内,建立了统一的高边坡局部及整体稳定性分析方法。相较于经典的三维非线性有限元方法,本文所采用的方法,不但可以获得边坡的整体安全系数,还可以通过不平衡力给出明确的破坏区域,并据此判断边坡的可能失稳模式,从而进行有效加固。通过对几种简单边坡不平衡力分布规律进行研究,进一步说明了不平衡力与边坡破坏模式之间的相关性。(2)以不平衡力作为边坡破坏的依据,对大岗山右岸边坡的开挖破坏机理进行了分析,所确定的破坏区域基本符合实际情况,加固方案调整后,边坡变形趋于稳定,目前大岗山水电站已经正常投入使用。验证了本文所采用的稳定分析方法,在分析复杂边坡系统稳定性方面的有效性。(3)基于D—P屈服准则,将滑动弱化模型集成至三维非线性有限元程序TFINE中,结合不平衡力的分布,可更好的反应动力作用下,岩体结构的断裂破坏过程。一定程度上弥补了有限元在研究界面(节理裂隙、衬砌等)稳定方面的不足。(4)基于红石岩堰塞体右岸边坡破坏模式,提出一种可行的岩体物理力学参数反演方法。在勘探、监测资料匮乏时,可以给出一套相对可靠的物理力学参数,适用于高边坡的紧急除险加固。基于本文所提出的参数,对当前堰塞体边坡的整体稳定性进行评估,并给出边坡的可能破坏区域,研究成果已被列为红石岩堰塞体边坡整治工程的重点。(5)开展了岩体结构动力损伤演化理论的热力学框架研究,建立了岩体结构动力问题的哈密顿原理,论证了非弹性体的动力损伤分析必须要考虑的因素,为动力弹塑性损伤分析及理论模型的完善提供了方向。