岩体是由岩块和分割它们的结构面(不连续面)组成的地质体，结构面在空间的分布与产出状态构成了岩体的结构，决定了岩体的工程地质和力学性状，同时也是控制各类岩体工程地质问题的重要因素。对岩体结构条件进行定量化研究，并在岩体工程特性分析中考虑岩体结构的影响，是岩体力学的主要研究课题之一。 由于岩体中的结构面深埋于岩体内部，难以直接观测，严重制约了对岩体结构特征的研究。但随着工程建设的大规模开展，又要求工程技术人员对复杂岩体的结构条件应有充分的把握和准确的认识。因此，发展岩体结构研究的理论与方法，具有重要的学术价值和迫切的工程意义。 由于结构面的发育具随机性，可以借助统计学的方法进行研究，这就是岩体结构面网络模拟。它是利用统计学原理，采用 Monte Carlo 随机模拟方法在计算机上模拟岩体内的结构面网络。由于它是建立在对结构面大量实测基础上的，因此其模拟结果不仅与结构面实际分布在统计规律上一致，而且可以由局部到全体、“由表及里”，得到岩体整体的结构面发育情况，直观了解岩体内的结构特征，弥补其他研究方法的不足。因此，用结构面网络模拟研究岩体结构特征并用于解决实际的岩体工程问题具有十分明显的优势，有着良好的发展前景。 但是，岩体结构面网络模拟发展至今，还有其不完善之处。特别是结构面三维网络模拟，无论是模拟方法本身还是其工程应用都存在许多有待发展、完善、改进之处。本论文就是在这些方面开展了一系列有针对性的研究。论文在分析前人对岩体结构面发育随机性特征及网络模拟技术研究成果的基础上，系统总结了结构面三维网络模拟的理论基础、原理和方法，在一些关键技术上作了大胆创新和模拟方法的优化，使模拟结果更接近于实际，更有利于结构面三维网络的工程应用。论文还重点研究了结构面三维网络模拟在地质工程中的应用，包括评价岩体工程性质、搜索地下硐室隔离体、确定岩质边坡破坏面等，力求使其在解决岩体工程问题方面发挥更大的作用。具体来讲，论文主要包括以下几方面的内容： 1．岩体结构面三维网络模拟技术的基本原理与方法这方面的内容不仅是结构面三维网络模拟自身的基础，也是进行后续优化和应用研究的基础。主要内容有：(1)岩体结构面发育的统计特征。包括结构面产状、规模等几何形态要素及其概率分布特征；(2)Monte-Carlo 随机模拟的原理。包括 Monte-Carlo 随机模拟方法、随机数的生成与检验、随机变量的抽样等内容；(3)岩体结构面三维网络模拟的方法。对于模拟各步骤分别进行了分析，开发了相应程序，并实现了结构面网络多种形式的显示；(4)岩体结构面三维网络模型的确定确认方法。该部分内容既是对前人研究成果的总结，又包含了自己的研究心得与发展，是整个论文研究的基础性内容。 2．岩体结构面三维网络模拟方法的优化由于三维网络模拟自身存在的缺陷，导致了其模拟结果与结构面的实际分布偏差较大。论文所进行的优化主要包括：(1)针对传统方法对结构面间距按均匀分布模拟的不足，通过坐标变换和均一化处理实现了对结构面间距按其实际分布特征进行模拟的改进：(2)针对结构面网络模拟结果与结构面的真实分布不一致的情形，采用确定性结构面和随机性结构面相耦合的模拟方法，提高岩体表层附近结构面模拟的仿真性，有利于其工程应用；(3)岩体内结构面数量和结构面直径无法直接测量、统计，理论估算有其先决条件而受到很大限制，论文通过动态校核的模拟方法可以得出与实际相符的参数值；(4)结构面分组环节中人为因素影响较大，针对结构面样本容易“遗失”而降低其概率模型准确性和有些情况下优势结构面不明显不利于分组的情况，提出采用聚拢度等密度图和动态聚类方法对结构面进行分组。 3．岩体结构面三维网络模拟用于评价岩体工程性质主要包括：(1)利用结构面三维网络模拟确定结构体的形状、规模，获取对应于不同阀值的岩体 RQD 和体积 RQD，并对它们与结构面的分布、密度等方面的关系进行分析研究，特别提出了利用 RQD 估算结构面体密度的关系式；(2)开展了利用结构面网络模拟进行结构面密度的研究：(3)提出利用各向异性指数来衡量岩体结构的各向异性程度，并对各向异性指数进行了定义和确定方法的研究，并探讨了它与结构面分布之间的关系特征。(4)提出利用岩体裂隙率反映岩体内裂隙发育程度，衡量岩体的破碎程度，用于岩体的工程分类。并把裂隙率与其他参数进行了对比，建立了与岩体完整性系数之间的关系式。 4．岩体结构面三维网络模拟用于搜索地下硐室隔离体地下硐室开挖后，围岩中的各种隔离体容易向洞内发生变形破坏，根据块体理论可以分析隔离体地稳定性，但关键是如何确定隔离体，尤其是在开挖之前如何进行预测。由于这是一个空间问题，难度愈加大。论文基于结构面三维网络模拟进行隔离体的搜索，主要内容包括：(1)搜索隔离体的工程意义；(2)隔离体搜索的方法。从搜索隔离体的角度把结构面划分为两类，它们对于组成隔离体的贡献不同。对于第一类结构面组成的环路研究了筛选方法，对隔离体的构成条件进行了分析，并给出判定隔离体的办法，使隔离体的搜索成为现实；(3)对于冒顶、单面滑动、双面滑动三种隔离岩体破坏形式，研究了它们的运动条件、运动特征以及稳定性评价方法。 5．岩体结构面三维网络模拟用于确定岩质边坡破坏面岩质边坡破坏面的预测是一项十分有意义的研究工作。岩质边坡的破坏面主要受边坡坡形和坡内结构面组合特征的控制，在坡形确定的情况下，主要受控于结构面的发育特征，因此，基于结构面网络模拟来确定岩质边坡的破坏面是可行的。论文主要针对岩质边坡最易发生的楔体滑动进行破坏面搜索的方法研究，主要内容包括：(1)利用结构面二维网络模拟确定楔体破坏面的可行性分析，并把楔体分成Ⅰ型和Ⅱ型，它们的构成特点不同，确定方法也不同：(2)分别研究了Ⅰ和Ⅱ型型楔体破坏面的确定方法；(3)给出了楔体稳定性的评价方法。 6．工程实际应用把以上研究内容应用到两个工程实例中，用于解决具体的问题，以说明前述研究的意义和方法的正确性。 论文主要的创新点有： (1)通过对结构面间距随机模拟、确定性结构面与随机性结构面耦合、动态校核与动态聚类等实现了结构面三维网络模拟技术的优化。 (2)把隔离体划分为锥形和柱形，实现了基于结构面三维网络模拟的硐室隔离体的搜索。 (3)把楔体划分为Ⅰ型和Ⅱ型，实现了基于结构面三维网络模拟的岩质边坡破坏面搜索。