随着地下工程建设深度的增加，地应力增大、涌水量加大等深部复杂地质环境愈加显著。工程实践表明，煤矿千米深井井筒深部难以注浆封堵的渗水，主要来自深部沉积砂岩微裂隙面渗水。由于目前对煤矿砂岩微裂隙表面形态及其渗流机理的试验与理论研究较少，因此，研究深井围岩微裂隙粗糙度特性及渗流规律对揭示深部地下工程涌突水机理及控制与治理具有重要现实意义和工程应用价值。
　　本文以深井砂岩微裂隙为研究对象，综合运用室内试验、理论分析、数值模拟等技术手段，研究了不同类型深井砂岩的物理与力学特性，研制了微裂隙砂岩相似模型并讨论了其损伤机制，提出了微裂隙三维粗糙度的表征方法，并构建了微裂隙粗糙度指标JRI，揭示了粗糙度因素作用下的微裂隙渗流规律，对完善裂隙岩体水力学理论起到一定的推动作用。
　　（1）通过光学显微镜和扫描电镜分析了砂岩吸水前后的微观结构，利用过筛粒度分离法获取了砂岩的颗粒级配曲线。基于砂岩岩样单轴与三轴试验，获得了其应力-应变曲线，并对粗砂岩、中砂岩、细砂岩饱水后单轴抗压强度进行测试，获得了其软化系数，从宏细观角度揭示了深井砂岩基本物理力学特性。
　　（2）通过正交试验方法设计了骨料占固体物质的比例、骨料成分之比、胶结物成分之比及掺水率四种影响因素，每种影响因素建立三个水平制备了243块微裂隙砂岩相似材料试样，对试样进行了单轴、三轴压缩试验并测试了其吸水率。结合深井砂岩的基本特征，确定了相似材料的最佳配比，建立了其损伤本构方程，并进一步研制了微裂隙砂岩相似模型。
　　（3）基于不同类型的微裂隙砂岩相似模型，对微裂隙粗糙度的几何特征进行描述，在此基础上提出了利用光源模拟技术、三维离散点云数据处理技术来表征粗糙度的新方法，并利用Python编程语言开发了微裂隙三维粗糙度表征程序；基于微裂隙三维粗糙度表征程序揭示了粗糙度参数在各向异性、尺寸效应、间距效应单因素及双因素作用下的演化规律，最终提出了一种微裂隙粗糙度指标JRI，构建了JRI与三维粗糙度系数JRC之间的关系表达式，并对砂岩微裂隙面三维粗糙度系数JRC的变化规律进行了分析。
　　（4）自主设计研发了微裂隙三轴应力渗流机理模型试验系统，并利用该系统对微裂隙砂岩相似模型展开了一系列渗流试验，对渗流过程中裂隙表面的变形及渗流特性开展研究。采用Forchheimer和Izbash定律对渗流的非线性特征进行描述。采用COMSOL Multiphysics多物理场仿真软件对应力作用下微裂隙岩体的渗流规律进行模拟，讨论了粗糙度因素作用下微裂隙的渗流特征。