对于岩石工程中常见的裂隙岩体,其内部发育的裂隙网络是水及其他流体流动的主要通道。地下水封石油洞库是利用地下水渗流实现其功能的典型岩石工程,渗流场分析要求高,裂隙渗流特性研究对洞库性能评价有着非常重要和直接的作用,同时对于水利水电、核废料地下处置、岩土环境保护等重大工程都具有重要意义。而且对于复杂岩体裂隙网络在较高水力梯度作用下,常用的裂隙线性渗流理论在很多工程实践中已经难以适用,裂隙网络的非线性渗流问题也成为岩石力学和水文地质等领域的研究重点之一。本文主要针对岩体裂隙网络,将裂隙网络划分为单裂隙和交叉裂隙进行研究,采用室内试验、理论分析和数值模拟相结合的研究方法,综合分析了岩体单裂隙和交叉裂隙的非线性渗流特性,提出了交叉裂隙非线性渗流计算模型,并开展了裂隙网络非线性渗流计算应用和验证。主要成果如下:(1)研究了粗糙度对单裂隙渗流的影响,建立了考虑粗糙度的单裂隙渗流模型。定制了裂隙渗流试验仪器,运用3D打印技术制作了9个粗糙单裂隙模型,开展了大范围雷诺数条件下不同粗糙度单裂隙的渗流试验。对单裂隙线性渗流模型进行了推导分析,从理论方面解释了线性渗流模型的适用条件。分析对比了不同参数的粗糙单裂隙非线性渗流特性,得到了粗糙度与非达西系数β、临界雷诺数Rec的关系式,以及单裂隙中非达西效应因子E、沿程损失系数λ的变化特性。(2)提出了交叉裂隙非线性渗流计算模型。以交叉裂隙为研究对象,综合考虑交叉裂隙的交叉角度、开度、粗糙度等特征因素的影响,提出并验证了交叉裂隙的非线性渗流计算模型,为交叉裂隙非线性渗流研究提供了可通用的理论方法。模型形式统一,结构简单,便于总结对比不同交叉裂隙工况的渗流特性。进一步研究了交叉裂隙非线性渗流的临界雷诺数和微观流动结构的变化。(3)建立了交叉裂隙非线性渗流模型参数与交叉裂隙影响因素的关系表达式。设置了不同特征的交叉裂隙工况进行模型,对比分析了交叉裂隙计算模型中非线性参数的变化,得到了非线性参数关于交叉裂隙特征因素的表达式,并通过组合工况进行了验证。(4)开展了离散裂隙网络二维非线性渗流计算应用和验证。根据对单裂隙渗流特性和交叉裂隙非线性渗流计算模型的研究,应用离散裂隙网络非线性渗流计算方法,对裂隙网络渗流计算和地下储油库水封性评价案例进行了分析,并通过与数值模拟等不同方法的对比,验证了裂隙网络非线性渗流计算方法的可行性、准确性。表明在裂隙网络渗流计算中应考虑交叉裂隙的影响和裂隙网络渗流的非线性特性。