地应力是岩石工程及地下建筑建设的基本地质条件之一,初始地应力场特征是否可靠,将直接影响工程可靠性与安全性。地应力受地质构造、地形地貌和剥蚀作用、岩石力学性质、地下水及温度等因素的影响,而且各种影响因素之间关系复杂,更加剧了地应力分布的复杂性；且西部水利水电工程的深埋地下洞室一般处于高地应力或者极高地应力环境中。因此,本论文结合中央级公益性科研院所基金项目“极高应力条件下洞室围岩应力测量与分析方法研究”、国家重点基础研究发展计划(973)课题“高地应力区工程卸荷滑坡演化与致灾机理,(2011CB710603)、国家自然科学基金重点项目“深部岩体工程特性的理论和实践研究”(50639090)和科研项目“基于爆破卸压的地应力快速释放方法的岩爆防治效果模拟研究”四个课题,以四个递进工作“极高应力条件下岩体应力测试、小尺度工程范围的隧洞围岩应力场反演分析,大尺度工程区岩体应力场非线性系统分析以及高应力环境中岩爆控制措施”为主线系统地开展了测试理论研究、试验方案论证以及工程应用研究相结合的模式展开工作。主要研究内容及相关成果如下：(1)针对极高地应力地区岩体地应力测量遇到的困难,基于复变函数法推导出切槽位移和应力的函数关系；通过有限元模拟计算进行合理性论证,提出了适合极高地应力环境的新的地应力测试方法——洞壁切槽解除法,并成功将该方法用于锦屏二级水电站A线辅助洞南侧的2#科研试验洞围岩应力场研究中。(2)根据围岩“开挖前→开挖→强松弛区围岩弱化→弱松弛区围岩弱化”过程中的4个应力演化过程,结合非线性优化求解算法,建立了基于围岩应力与其它应力信息的初始应力场的反演方法,并将该方法用于锦屏二级水电站4#引水发电洞围岩初始应力场的反演分析研究中。(3)位于西部深切河谷区的白鹤滩、乌东德、小湾、松塔及二滩水电站坝址区岩体应力测试和分析结果显示：河谷走向与区域主压应力方向的夹角越大、河谷底部岩体应力集中现象更趋强烈；硬质岩体利于地应力的积蓄,而由于断层的扰动效应,断层附近岩体应力量值和方位均出现明显的变化。(4)鉴于常规的岩体应力场分析方法在复杂条件下的岩体应力场模拟研究中的局限性,本论文提出了应力场非线性系统分析应用方法：将深切河谷应力场作为一个复杂的非线性系统,结合现场地质条件、测试部位岩体(组)质量、正交设计和智能优化反演方法,建立数值计算模型边界条件(自重系数、构造应力的大小和方位)与地应力之间的非线性映射关系进行优化求解。该方法克服了以往进行应力场边界条件求解过程中仅考虑部分因素或没有全域求解的缺点。(5)根据白鹤滩水电站深切河谷坝址区初始应力场非线性分析结果,应力测试值和计算值的复相关系数R=0.89,且勘探支洞开挖过程中出现的片帮现象与计算结果相符。因此,采用该方法进行白鹤滩水电站工程区岩体应力场模拟分析是合理可行的。(6)根据测试和研究分析,白鹤滩水电站电站地下厂房部位岩体应力量级属于中～高应力水平。左岸地下厂房最大水平主应力方位一般为NEE向,右岸地下厂房区应力量值大于左岸厂房区,且随深度的增加逐渐向受区域构造应力控制,即最大水平主应力方位沿铅直方向由NNE向向NWW过渡。河谷底部出现了明显的“高应力集中包”现象,边坡浅层岩体应力量值较低,岩体最大水平主应力方位与河流走向基本平行或成小角度相交,随着水平埋深的增加边坡岩体最大水平主应力方位向区域构造方位过渡。(7)采用显式有限差分计算方法,对锦屏二级水电站引水隧洞采用基于爆破卸压的地应力快速应力释放的岩爆防治方案进行了模拟计算分析。模拟结果显示爆破应力快速卸压能有效的减轻岩爆部位围岩的应力集中程度,进而使应力集中区向卸荷松弛区内部围岩迁移,达到岩爆控制的目的。(8)依据Rusesenes岩爆应力判据,对不同应力释放方案的岩爆防治效果进行了对比分析。倾斜辐射孔方案和垂直超前孔方案可以分别避免开挖轮廓线附近和掌子面前方的应力集中,两种方案均能降低岩爆发生的可能性。在锦屏二级引水洞施工现场进行了爆破试验,应力释放炮孔附近形成了卸荷松弛圈,其应力得到一定的释放,与模拟结果相符。