岩体裂隙的渗流与剪切耦合特性是水利工程、采矿和石油工程、核废料储存工程等地质工程非常关注的问题,也是岩体水力学、水文工程地质等领域的研究热点。单裂隙是岩体裂隙网络的基本单元,决定了地下水在岩层中的基本渗透特性,并且辐向渗流是地下水渗流的主要形态之一,因此研究单裂隙辐向渗流与剪切耦合特性具有十分重要的意义。本文以岩石单裂隙为研究对象,采用室内试验、理论分析、数值模拟相结合的方法,开展了规则齿结构面剪切特性研究、单裂隙辐向渗流与剪切特性研究、非啮合裂隙非线性渗流规律研究和旋转错位裂隙辐向渗流模型研究。主要研究内容与成果如下:（1）制备了以高强度石膏为相似材料的类砂岩试件。以相似三定理为基础,以高强度石膏为研究对象,调配出满足砂岩各项物理力学参数的类砂岩材料,并进行了辐向渗流与剪切耦合测试试验。结果表明通过本文制备的类砂岩结构面满足辐向渗流与剪切耦合试验的要求。（2）建立了采用剪胀角乘积形式的峰值抗剪强度模型和考虑法向压力下分段函数的剪胀本构模型。分别对光滑结构面、粗糙啮合结构面、粗糙非啮合结构面进行5级法向压力下的剪切试验。分析了剪切过程中不同法向压力下各类结构面的力学响应,结果表明类砂岩结构面的抗剪能力随法向压力增大,粗糙类砂岩结构面在剪切破坏后形成软弱夹层。啮合结构面的剪胀曲线分为三段:初始剪缩段、宏观剪胀段和峰后剪缩段。（3）揭示了剪切过程中不同法向压力对裂隙充填物粒径的影响规律,提出了考虑充填物粒径和法向压力的渗流模型。对类砂岩裂隙展开不同法向压力、不同剪切速度和不同裂隙面组合的辐向渗流与剪切试验,分析了不同条件对裂隙面的破坏状态和隙宽变化的影响。结果表明,隙宽和流量随法向压力的增加而减小,随充填物的产生而增大,同时充填物粒径随着法向压力的增加而减小。（4）阐明了入口处裂隙的空腔形态对辐向渗流非线性特性的影响机理。对1组啮合裂隙面、2组非啮合裂隙面进行了辐向渗流与剪切耦合试验,并采用COMSOLMultiphysics软件对2组非啮合裂隙面进行数值模拟。分析了相对接触率、剪切位移对裂隙渗流量的影响,并对非啮合裂隙的非线性渗流规律进行了探讨。结果表明,非啮合裂隙空腔内部的开度分布是影响流量大小的主要原因,入口截面的形状对辐向渗流的流态影响极大。此外,在裂隙开度及隙宽分布不变的情况下,过流面积是影响辐向渗流Forchheimer方程非线性系数b的主要因素。（5）建立了考虑旋转错位裂隙空腔形貌的辐向渗流模型。对8组旋转错动条件下的裂隙进行了固定法向压力下的辐向渗流试验,通过对试验渗流结果的分析,表明旋转错位裂隙空腔形貌对试验结果的影响不可忽视,同时水流流态呈现出明显的各向异性。在此基础上,重新定义了结构面的迂曲度,根据等效沟槽流的模型,推导了修正系数λ的表达式,得到了修正的辐向渗流立方定律。通过对比分析表明,本文建立的辐向渗流立方定律的计算结果更接近实测值。