随着交通、水利、市政等工程建设的高速发展,隧道、基坑、边坡及地下洞室等岩体工程的建造也随之呈现出了明显的增长趋势,而由于对工程岩体了解的不够和分析方法的不足,岩石工程建设中也面临着边坡滑坡、隧道塌方、地下空间大变形等工程灾害,因而国内外学者对于岩石工程的研究也愈发受到重视。通过岩体稳定性分析,研究工程岩体在外力作用下发生变形的特征与产生破坏的规律,并以此评估岩体稳定性,为岩石工程设计和施工提供指导,为制定针对性的支护和加固方案提供依据。在节理裂隙发育的工程岩体中,薄弱结构面是导致围岩失稳的内在因素,工程开挖扰动打破块体的原始平衡状态,临空面的产生和外力荷载的施加都可能导致块体的滑移,进而引起围岩失稳。石根华提出的块体理论以结构面的几何参数和力学特性作为岩体稳定性分析中的控制因素,强调了结构面的重要性。自提出以来,块体理论以其数学完备性和应用简便性,广泛应用于岩石工程的稳定性分析中。本文基于块体理论做了以下研究:(1)研究了块体理论基本原理,利用矢量分析方法实现可动块体和关键块体的计算,并将其应用于隧道围岩的稳定性分析中,研究讨论了地下水压力、块体尺寸和结构面产状分布等因素对块体稳定性的影响,研究了基于块体理论的锚喷支护计算。(2)研究了一种扩展的关键块体理论——关键块体群方法,其研究对象不仅是单个块体,还包括由若干块体组成的块组,让块体稳定性分析更具完备性。各关键块体组安全系数的加权平均值可以表征岩体系统的整体稳定性。关键块体群方法应用于隧道围岩块体稳定分析中,可以考虑锚杆支护的作用,评估支护后的围岩稳定性,并做出优化。(3)研究讨论了动荷载对围岩稳定性的影响,通过等效静力法将动荷载转化为静力引入到块体理论的计算中,通过块体累积位移法将作用时程内动荷载的影响用累积位移的方式表征。(4)岩体中结构面的产状在一定范围内变化,但是一般认为其分布服从一定的规律,基于结构可靠度的思想,通过蒙特卡罗方法,分析了结构面参数的不确定性对块体稳定性的影响;研究了结构面产状服从正态分布和极值I型分布时块体的破坏模式和块体可靠度;用块体的可靠度结合安全系数作为评价块体稳定性的两大指标。(5)基于块体理论,利用VB语言开发可视化关键块体计算程序KBCALC 3.0实现了关键块体识别、块体安全系数、块体大小的快速计算;通过VB和CAD的混合编程实现了块体形状、块体位置、块体破坏轨迹的显示和块体破坏模式的三维动态展示。利用该程序对福寿高速公路长岗隧道某洞段围岩稳定性进行了计算,讨论了水压力、块体大小、结构面力学参数等对块体稳定性的影响,进行了块体可靠度分析,并基于块体计算结果进行了锚杆支护设计。