乌东德水电站地下主厂房规模巨大，跨度及高度均位居世界前列，地下电站整体位于由碳酸盐岩类构成的层状岩体之中。由于部分洞段岩层走向与洞轴线夹角较小，加之自身陡倾角的特点，对主厂房高边墙的稳定性构成严重威胁。为此，本文以乌东德水电站主厂房层状岩体稳定性为研究对象，开展了如下研究工作：　　(1)利用三种不同的层状岩石进行了多种应力状态下的室内试验，重点探究层状岩石局部变形与加载角度的关系、力学参数随应力状态及路径的变化、以及不同应力状态下层状岩石的破坏模式。研究表明:单轴压缩条件下垂直层理方向的环向拉应变明显大于平行层理方向的环向拉应变，对于存在物质分界面的岩石，界面处的拉应变大于其他部位。真三轴试验中层状岩石沿中间主应力方向的变形随层理与最大主应力及中间主应力夹角而改变，同时主破裂面方位与变形各向异性之间有一定关联。卸围压过程中试样的侧向变形随围压降低呈非线性增长，最大主应力与层理平行时单位围压改变引起的体积变形更显著;卸围压过程中试样视弹模及泊松比均随围压降低而减小。循环加卸载试验中切线模量与剪胀角均随轴向塑性应变增大而呈现先增后减的趋势，其中峰后段卸载模量表现为先降后升，而再加载模量基本保持不变。不同应力状态下的试样破坏形式均在不同程度上受层理及层间弱面影响。　　(2)以取自乌东德水电站的碳酸盐岩胶结层面试样为研究对象，通过常法向应力直剪试验测定不同类型层面的剪切力学特征及相关参数，并考察层面的剪胀特性及峰后行为，以及胶结层面对层状岩体强度的弱化程度。研究表明:层面剪切应力-位移曲线的峰后形态主要受表面粗糙起伏程度影响;法向变形-法向应力曲线表现出非线性特征，可用Goodman及Bandis公式进行描述;法向应力-剪切刚度关系可用Jing等建议的抛物线型函数描述;试验初期层面通常表现为剪缩，临近峰值点时开始产生明显剪胀;同一类型层面的剪胀角随法向应力增大而减小的趋势可用指数函数描述;常法向应力条件下剪胀角基本维持不变，若法向应力逐级递减，剪胀角有逐渐增大趋势;同一法向应力下胶结层面的抗剪强度高于已分离层面而低于完整岩石。　　(3)利用三点弯曲试验对乌东德水电站两种灰岩试样进行测试，考察岩层在受弯条件下的力学响应。研究表明:对于完整新鲜岩层，若沿受拉面中心线附近产生拉破坏，则极限弯矩以及峰值力对应挠度与层厚的关系可用材料力学理论进行表述;受层理及弱面影响，弯曲破裂形式除了表现为I型裂纹外，还可能产生沿弱面扩展以及与层理斜交等其他形式裂纹扩展路径，裂纹是否在弱面处终止并沿弱面扩展主要取决于弱面强度与岩石自身强度的相对大小关系;岩石双模量的特性使受弯作用时中性面上移，通过测定受拉面中心拉应变可迭代求解岩石拉伸模量。　　(4)系统总结了室内试验及工程实践揭示的层状岩体力学特性，并基于这些特性在ubiquitous-joint模型基础上提出等效连续介质框架内的层状岩体力学模型。模型的主要特点包括:破坏前将岩体等效为横观各向同性介质，岩层内部损伤引起应力应变关系的改变由弥散裂纹模型刻画，岩石抗压及抗拉强度均随加载角度变化，塑性内变量阈值同时与围压及加载角度相关，岩石剪胀角随围压及不可逆变形变化而变化，而层面剪胀角主要受法向应力控制，法向应力同时还影响层面的变形参数;根据层厚与单元相对大小关系识别需要进行层面相关计算的单元等。通过与理论解、室内试验、其他本构模型及其他软件进行对比初步验证了模型的合理性，并讨论了模型的参数敏感性。　　(5)将层状岩体力学模型应用于乌东德水电站主厂房分层开挖的相关计算。左岸主厂房2-4#机组分层开挖的计算结果表明，模型能够较为准确地反映各层开挖引起的厂房不同部位围岩位移增长趋势以及相应的破坏模式;对右岸主厂房7-8#机组段上游边墙陡倾小夹角岩体开挖过程中出现的位移突增及沿层面开裂现象进行模拟计算，结果表明模型能够反映由于L3支洞洞顶岩体挖除引起的位移增长，表明边墙侧向约束的解除程度是控制边墙变形的首要因素;对右岸主厂房9-10#机组段下游拱座喷砼开裂现象进行模拟计算，结果表明模型能够再现实际岩层产状条件下下游拱座部位产生的应力集中现象，并且集中程度受产状及埋深两个因素影响。模型的有效性通过这些实际工程算例得到进一步验证。　　本文的主要创新点如下:　　(1)利用一系列室内试验揭示了层状岩石典型的变形特征及破坏机制;　　(2)利用直剪试验探究了不同胶结物及不同表面形态层面的剪切力学特征及参数随法向应力的变化规律;　　(3)借助三点弯曲试验研究了层状岩石受弯条件下的力学行为;　　(4)基于ubiquitous-joint模型提出一种考虑层状岩体特性的等效连续介质弹塑性本构模型。