节理化岩质斜坡作为常见的岩质斜坡,由于无明显控制性结构面,其变形破裂机制及滑移路径具有不确定性。本文以节理扩展的力学和几何效应为核心,对节理岩体的破裂机制与破裂路径进行了深入分析,建立起节理扩展模式与宏观岩体破坏及其路径的对应关系,最后以岩体结构及应力条件为纽带,将其应用到实际斜坡中。主要成果如下:(1)从理论分析出发,对节理扩展的力学机制进行了研究,主要工作包括节理的扩展准则、塑性区计算和扩展路径分析,并获得了系列成果。基于节理端部的应力分布状态,给出了复合应力条件下节理的扩展准则,建立了节理的扩展类型与应力状态、几何条件之间的对应关系。认为在压-压荷载条件下,节理倾角在20°<<40°的范围时,表明剪切破坏受到抑制,拉破坏占主导地位,在此范围之外,则拉伸破坏受到抑制,剪切破坏占主导作用;在拉-压荷载组合下,剪切破坏受到抑制,大部分的倾角范围处在拉伸破坏易发区域。从节理端部应力分布角度出发,对已有的塑性区计算理论和方法进行了修正,提出了考虑应力松弛的塑性区计算方法,并考虑不同类型破坏模式的节理端部塑性区计算方法。最后,从节理的扩展准则和塑性分布的角度对节理扩展路径进行了分析,分别从应力和塑性区角度提出了节理扩展路径的分析计算方法。(2)基于节理的应力分区,对常见的几类节理组合模式进行了分析,从应力屏蔽区和增强区的角度,对其力学意义进行了分析。根据节理的应力分区,认为在荷载下,节理的上下区域会形成一定范围的应力屏蔽区域;同时,节理端部区域会形成应力增强区(集中区域),该区域也是节理最易扩展的区域。将节理的组合问题转化为节理的两个应力区域组合问题并总结出几类同时考虑几何和力学意义的节理组合模式。(3)开展了节理扩展模式的物理模拟研究,在基于应力分区的组合基础上,对相应的节理扩展模式进行了模型试验,从破裂现场观察、内在力学机制分析的角度,对节理的扩展模式和影响因素进行了探讨,并总结出节理扩展的一般模式。对于单裂纹,提出了其不同应力条件下的扩展模式:单轴压缩条件下,由于无侧限应力,翼裂纹的扩展较为充分,在翼裂纹完成扩展后,节理端部的应力增高区内发育雁行式排列的翼裂纹,最终,后期形成的剪切裂纹连接翼裂纹,形成贯通性的宏观破裂;在双轴压缩条件下,由于存在侧向的应力约束,特别是对于倾角较大的情况,节理的潜在滑移趋势受到抑制,节理的端部交难以形成拉应力集中区域,从而导致了翼裂纹的扩展受到限制。因此,节理在双轴压缩条件下,翼裂纹首先在节理端部形成雁行式排列,最终雁行式裂纹贯通,形成宏观破裂。对于双节理,侧向压力对节理的扩展有一定的限制作用,总体来说,侧压系数越大,节理越难以扩展,节理的启动、扩展和贯通应力均越高,特别是对于节理的启动应力,对侧压系数最为敏感。扩展和贯通应力对侧压系数的敏感性稍微低。节理间距对节理的启动、扩展和贯通应力存在部分影响,从宏观应力(扩展、贯通)来说,节理间距越大,扩展和贯通应力越大,但是对于节理的启动应力,不同的几何参数小,规律不一样。节理的扩展和贯通应力和不同几何条件下节理的扩展模式有一定的关系,具体来说,当节理的扩展以翼裂纹为主时,节理的扩展和贯通应力较低,当节理的扩展以剪切裂纹为主时,扩展和贯通应力较高。(4)在节理扩展的结构效应方面,开展了大尺度节理岩体扩展的模型试验,初步建立起节理扩展模式、岩体结构、岩体宏观破裂之间的关系,主要成果如下:节理岩体在贯通过程中会形成一条或者几条裂纹发育带,一般来说,节理间距越小,发育多条裂纹带的可能性越大,最终,岩体会循着其中一条形成宏观破裂面;节理间距和连通率对岩体的最终扩展模式有较大影响,间距越小,岩体的贯通以翼裂纹的扩展为主,节理间距越大,岩体的贯通以剪切裂纹为主。(5)在节理岩体破裂路径分析的基础上,提出了基于流场理论的节理岩体扩展路径的分析方法,根据相似性原理,将岩体在荷载作用下的应力传递过程等效为流体力学平面势流中流体绕平板流动的情况,并给出了平面势流中流体绕平板流动的流场方程。最后对节理岩体的破裂路径进行了计算,计算结果和试验成果较为吻合。(6)建立起基于节理破坏模式的岩体评价体系,较为合理地反映节理扩展与宏观岩体破坏之间的关联。最后利用实际斜坡验证上述研究方法,获得的结果与数值计算等方法获得结果较为一致。基于典型的结构评价体系,对国内外典型的节理岩质斜坡的破坏模式与岩体结构参数进行了总结分析,给出了不同破坏模式对应的结构类型,并对已有的岩体评价系统进行了修正,将岩体破坏模式纳入其评级体系,提出了基于破坏模式的岩体评级系统,该系统可以有效的衔接节理的扩展模式与斜坡的宏观破坏;利用修正后的岩体评价系统以及数值计算方法,对节理岩质斜坡的破裂模式进行了分析,发现岩体中节理的组合模式和其所处的应力场共同决定了斜坡的破坏模式,若节理密度大而侧向压力小,节理岩体主要以拉张破坏模式形成宏观破裂,反之,则易以剪切破坏模式为主;最后,利用流场理论,对斜坡潜在破裂面进行了计算分析。