随着二氧化碳地下封存、高放射性核废料地下处置、垃圾填埋等特殊地下工程的兴建，围岩裂隙体稳定性、裂隙介质中地下水流动以及污染物随着水流运移等问题近几年越来越受到人们的关注。上述地下工程的开挖建设一般会对周围裂隙岩体产生较大的扰动，改变其应力场和位移场的分布情况，围岩裂隙中的渗流和溶质运移特征也因此会发生变化，而这对于污染物的地下封存与隔离效果具有至关重要的影响。　　本文主要研究了粗糙岩石节理面在剪切作用下的力学行为及其对渗流和溶质运移特性的影响。主要内容包含以下三个部分:　　(1)建立粗糙节理面随机强度评价模型。表面形态对岩石节理面剪切强度具有决定性影响，为了系统研究岩石节理面剪切强度的确定方法，把岩石节理面概化为一系列高度不同的微小长方体凸起组成的粗糙表面结构，其中每个微小凸起有剪胀破坏和非剪胀破坏两种模式，综合考虑所有长方体凸起破坏作用，并且应用概率密度函数描述节理面表面起伏分布的影响，推导了节理面宏观剪切强度理论公式，建立粗糙节理面随机强度模型。基于随机强度模型编制MATLAB计算程序求自然粗糙节理面的剪切强度，并将计算结果与试验结果进行对比分析。　　(2)建立考虑分形特征的粗糙节理面渗流计算模型。研究表明粗糙表面对节理渗流影响显著，但难以定量描述。几何分形作为描述岩石节理表面形貌特征的一种方法近年来得到了广泛的应用。为了准确表述节理表面粗糙形态对节理渗流的影响，基于节理接触面积和开度，结合节理面分形特征影响，建立了节理面水力开度计算分形修正公式。以自然节理试件为原型预制类岩石材料节理试件，通过激光测试获取节理表面三维形貌数据，应用立方体覆盖法计算节理试件的分形维数，并进行剪切渗流耦合试验，计算剪切试验过程中水力开度变化规律。同时计算剪切过程中节理的平均开度和接触面积比变化规律，分别采用Zimmerman计算公式和分形修正公式计算节理面的水力开度，将计算结果与实测值进行比较讨论。　　(3)应用有限元方法对剪切过程中粗糙节理面渗流和溶质运移进行数值模拟。基于节理面三维扫描数据和法向位移变化曲线，求解每个剪切状态下裂隙开度分布，在此基础上应用局部立方定理模拟裂隙中水流流动特征。同时求解对流-弥散方程得到溶质在水流中的迁移规律，分析穿透曲线、沟道流效应和基质吸附作用。基于模拟结果分析节理剪切过程中渗透系数、流路和弥散系数等变化规律，以及节理面粗糙度对水流和溶质运移不均匀性和各向异性影响。