实际赋予于地壳中的岩体多含有原生或次生形成的结构面,层状岩体便是典型的一种,其变形和强度不仅取决于其赋存环境,而且取决于其本身的组成结构特征,宏观上呈现出不连续、各向异性和高度非均质性的特点。随着我国岩土工程的建设朝着大、高、深埋方向发展,赋存高地应力环境下层状岩体的典型特性给深部岩体工程带来了巨大的风险和挑战。结构面的存在不仅破坏了岩体的整体性,而且直接影响深部地下工程的稳定性与长期安全性,因此对层状岩体的力学特性和破坏机理进行研究具有重要的理论和实际意义。本文以层状岩体具有不连续、各向异性和高度非均质性的特点作为出发点,选用基于非连续介质理论的颗粒离散元方法,显式的考虑层状岩体层面的影响,在建立力学模型或计算模型时,同时考虑基岩和层面节理所具有得不同的均质性。本文的主要研究工作如下:(1)基于颗粒离散元理论,选用不同的细观接触模型模拟层状岩体的基岩和层面节理部分,通过引入描述基岩细观颗粒非均质胶结特性的WLPB模型,用来表征层状岩体基岩细观颗粒非均质胶结特性和力学响应;通过构建描述层面节理细观非均质粘结特性的WSJ模型,用来表征层状岩体层面节理细观非均质粘结特性和力学响应。将WLPB模型和WSJ模型相结合来分别考虑基岩和层面节理的非均质性,提出了一种新的层状岩体非均质细观接触力学模型理论和计算分析方法,在此基础上,开发了二维非均质层状岩体细观力学分析计算程序。(2)基于二维层状岩体非均质细观力学计算模型,结合颗粒离散元细观数值模拟方法,建立了层状岩样数值计算模型,以室内单轴压缩试验为基础,对计算模型采用的习惯力学参数进行了标定。以层面均质度、间距和倾角为影响因素开展单轴压缩条件下的细观力学数值试验,获得了层状岩体单轴压缩条件下变形破裂特征和细观演化规律。进一步建立不同围压下的三轴压缩层状岩体数值计算模型,开展了三轴压缩下的非均质层面影响效应分析,探究层状岩体所具有的特殊性质尤其是各向异性和非均质性在围压状态下产生的力学响应。(3)以引汉济渭引水隧洞为工程背景,利用二维层状岩体非均质细观力学计算模型,建立了深埋非均质层状岩体隧洞模型,为对隧道开挖后层状围岩的力学响应作出合理的预判,研究隧洞围岩变形破坏的规律,以不同层面均质度、静水压力、侧压系数、层面倾角和层面间距等因素设计隧洞开挖模拟方案,从模型的位移场、微裂纹分布及破坏模式和接触力链三方面考虑,对不同影响因素下隧洞围岩的变形及破裂损伤模式进行对比分析。