岩体结构面指岩体中具有一定形态和规模的物质分界面或不连续面,如裂隙、层面、断层等。结构面的抗剪强度影响岩体整体力学特性。结构面研究的重要目的之一便是快速且准确地定量评价结构面粗糙程度,进而结合结构面粗糙程度估算其峰值抗剪强度,最终服务工程实践。因此,结构面粗糙度评价与峰值抗剪强度估算的研究具有重大的理论意义和工程应用价值。目前,已有的粗糙度评价方法可在一定程度上有效地描述结构面起伏形貌特征,但亦存在一定不足,即现有粗糙度评价参数通常存在物理意义不明确、未与结构面峰值抗剪强度建立较强联系等不足。然而,符合结构面剪切破坏机制,且与结构面峰值抗剪强度建立较强联系的粗糙度评价参数,或可更好地服务于结构面峰值抗剪强度估算模型的构建。鉴于结构面粗糙度评价与其峰值抗剪强度估算研究的重要性,及现有相关研究所存在的不足,本文针对定法向荷载作用下完全吻合的岩体结构面,基于一定假设（即假设结构面的法向应力较低以致其以剪胀效应为主进行破坏）,由以下几个方面展开研究:首先,结合结构面剪切破坏机制,先后提出2种结构面粗糙度评价参数——投影面积百分比（记为PAP）与抗剪切力之比（记为SFR）,并通过实例分别展示PAP与SFR的评价过程,对比其它粗糙度评价方法,研究它们的评价效果;其次,根据30组人工模拟岩体结构面的点云数据及直剪试验数据,基于JRC-JCS模型,分别构建含有PAP、SFR的符合莫尔库伦形式的结构面峰值抗剪强度估算新模型,并将新模型应用于11个天然岩体结构面峰值抗剪强度的估算,对比分析新模型的应用效果;最后,以鸡尾山滑坡为例,针对强风化的软弱夹层结构面（滑动面）,分别应用基于PAP、SFR的峰值抗剪强度估算模型研究滑动面的抗剪强度参数,并评价滑坡稳定性。根据以上研究思路开展了岩体结构面粗糙度评价与峰值抗剪强度估算模型的研究,取得以下研究成果:（1）基于PAP的结构面粗糙度评价方法的研究。基于一定假设由力学分析证明,岩体结构面潜在接触部分的抗剪强度与其在垂直于剪切方向的面的投影面积存在一定函数关系;进而提出了结构面粗糙度评价参数PAP。PAP指岩体结构面的所有潜在接触部分在垂直于剪切方向的面的投影面积与结构面水平投影面积之比。PAP不仅反映了结构面在剪切方向上的几何形态,更与结构面抗剪强度存在一定函数关系。基于PAP评价人工模拟岩体结构面AD1、AD2及AD3的粗糙程度,结果表明:PAP可表征岩体结构面粗糙度的各向异性及点间距效应;此外,新方法分别与Grasselli法、反算法获得的粗糙度评价结果具有较好的线性相关性,此亦佐证了PAP的合理性。（2）基于SFR的结构面粗糙度评价方法的研究。基于Patton模型推导了岩体结构面三维模型中单个“齿面”的抗剪强度估算公式,借鉴反算法之思想,提出了结构面粗糙度评价参数SFR。SFR指岩体结构面所有潜在接触部分可提供的抗剪切力之和,与其水平投影面可提供的抗剪切力之比（假设结构面及其水平投影面的残余摩擦角一致）。应用实例分析表明:（1）针对已出版文献选取的64条结构面轮廓线,分别基于SFR与反算法获得的粗糙度评价结果具有较强的线性相关性;与坡度均方根Z₂相比,64条轮廓线的SFR与JRC_back（由反算法获得的轮廓线粗糙度系数）的线性相关性更强;（2）针对6组人工模拟岩体结构面5级法向荷载下的SFR进行评价,结果表明:SFR可表征岩体结构面粗糙度的各向异性及点间距效应;同时,各结构面相同剪切方向的SFR随法向荷载的增大而减小,此与反算法评价结构面粗糙度系数具有相似规律;对比基于SFR、Grasselli法与反算法的结构面粗糙度评价结果表明,此3种方法的粗糙度评价结果在一定程度上具有相似性;与Grasselli法对比,基于SFR与反算法获得的粗糙度评价结果具有更强的线性相关性。（3）基于PAP、SFR的结构面峰值抗剪强度估算模型的研究。为直观地反映结构面粗糙程度对峰值剪胀角的影响,并更好地被工程技术人员理解,明确了结构面峰值抗剪强度估算新模型应符合莫尔库伦准则的基本形式;结合广泛应用于工程实践并符合莫尔库伦准则形式的JRC-JCS模型,根据6组（共30个）人工模拟岩体结构面表面形态测量数据及其直剪试验数据,提出了分别考虑PAP、SFR的结构面峰值抗剪强度估算模型,即PAP模型与SFR模型;针对30个人工模拟岩体结构面试样,其峰值抗剪强度试验值τ_test与估算值τ_PAP、τ_SFR（由PAP模型、SFR模型估算）均具有强线性相关性,且抗剪强度估算值τ_PAP、τ_SFR与实验值τ_test相对误差平均值δ_avg分别为7.06%、6.87%。（4）PAP模型及SFR模型的应用效果研究。针对11个天然岩体结构面试样进行三维激光扫描和直剪试验,分别应用PAP模型、SFR模型与Grasselli模型估算各结构面试样对应直剪试验条件（即直剪试验的法向荷载与剪切方向）的峰值抗剪强度,结果表明:11个天然岩体结构面试样的峰值抗剪强度试验值τ_test与估算值τ_PAP、τ_SFR（由PAP模型、SFR模型估算）均具有较强的线性相关性;且抗剪强度估算值τ_PAP、τ_SFR与实验值τ_test相对误差平均值δ_avg分别为16.33%、15.32%;对比Grasselli模型,PAP模型、SFR模型获得的抗剪强度估算结果更接近试验值。（5）基于PAP、SFR的鸡尾山滑坡滑动面（强风化软弱夹层结构面）粗糙程度研究。分别基于PAP、SFR评价滑动面的3个结构面样品（S6^S8）,结果表明:针对同一结构面样品,基于PAP、SFR获得的粗糙度评价结果具有较强的相似性;且S6^S8的粗糙度评价结果在一定程度上亦具有一致性,即S6^S8均在x轴正方向附近的粗糙程度最低（x轴正方向为野外通过擦痕及阶步判断的结构面样品受剪切方向）。（6）基于PAP模型、SFR模型的鸡尾山滑坡滑动面抗剪强度参数研究。根据S6^S8在剪切方向的粗糙度评价结果,分别应用PAP模型、SFR模型估算不同法向荷载下滑动面的峰值抗剪强度,进而根据莫尔库伦准则计算滑动面的抗剪强度参数（粘聚力及摩擦角）。结果表明,基于PAP模型及SFR模型获得的滑动面抗剪强度参数较接近,并均介于前人提出的滑动面抗剪强度参数的最大值与最小值之间。此外,结合本文获得的滑动面抗剪强度参数（其它滑坡岩体及结构面物理力学性质参考已出版文献）,分别应用关键块体理论及数值模拟技术分析鸡尾山滑坡稳定性,结果均显示滑坡处于非稳定状态,符合实际情况,进一步佐证了基于PAP模型及SFR模型估算结构面抗剪强度的可靠性。（7）粗糙度评价参数PAP与SFR的对比分析。首先,PAP与SFR的相近之处:（1）PAP与SFR均具有明确物理意义与力学基础,且均与结构面峰值抗剪强度存在一定联系;（2）本文基于PAP与SFR获得的多个结构面样品粗糙度评价结果均具有相似的变化趋势;（3）本文基于PAP模型与SFR模型获得的结构面峰值抗剪强度估计值与试验值均较接近。其次,PAP与SFR的不同之处:（1）与多数现有粗糙度评价方法类似,PAP仅基于几何形态即可评价结构面在指定剪切方向的粗糙程度;（2）借鉴反算法之思想,SFR综合考虑结构面几何形态、力学特性及其所受法向荷载,以评价结构面在指定剪切方向的粗糙程度;（3）试验结果表明,与PAP相比,基于SFR与反算法获得的粗糙度评价结果的相关性稍强。