地下水封洞库储油是目前国际上最主要的战略石油储备方式。而我国修建地下水封洞库目前尚处于起步阶段，需要解决特大断面洞库安全快速施工及水幕系统设计等关键技术所涉及的诸多难题。结构面是保证水封系统有效性和控制洞库稳定性的关键因素，开展洞库岩体结构特征及力学特性的研究具有重要的理论意义和工程实用价值。为此，本文以某大型地下水封石油洞库为工程依托，对岩体质量分级及力学参数的估算方法、结构面优势分组及裂隙网格构建技术、裂隙网格几何连通性及结构尺寸效应、洞库地下水渗流规律及施工过程的力学效应进行了系统研究，主要研究内容如下:
　　(1)在工程地质调查的基础上，结合结构面摄影测量数字识别技术，准确掌握了洞库典型地段岩体结构面分布特征，采用RMR、Q与GSI三种岩体分级方法对洞库岩体进行了综合质量评价，并分析了不同分级方法之间的差异性和关联性;归纳了一系列利用岩体分级估算岩体强度和变形模量参数的经验关系式，并提出了更可靠的估算岩体力学参数的方法。
　　(2)针对传统K均值聚类算法对初始聚类中心敏感、易陷入局部最优的问题，提出了一种改进的近邻传播聚类算法对岩体结构面产状进行优势分组，成功实现了地下水封洞库岩体结构面的分组。该算法与Shanley和Mahtab方法、模糊C均值聚类、谱聚类和粒子群聚类方法相比具有更高的鲁棒性和计算效率;根据结构面聚类分组结果，通过对各组结构面几何参数进行统计得到其概率分布模型;基于蒙特卡洛方法，采用MATLAB编程实现了三维裂隙网格可视化的计算机仿真模拟。
　　(3)基于裂隙网格生成技术，以裂隙交线为基础开展岩体结构面连通性、几何特征及尺寸效应的研究，统计分析了连通性参数随岩体尺寸的变化规律，并探讨了裂隙产状及尺寸对裂隙连通性的影响;基于改进的深度优先搜索算法及Dijkstra算法求解了裂隙岩体的三维渗透路径和渗透最短路径;基于连通性参数即单位体积内结构面面积、单位体积内结构面相交次数和单位体积内结构面交线的长度及节理结构分形维数，得到了不同参数所对应的结构表征单元体(REV)。
　　(4)基于离散介质理论，开展了洞库裂隙岩体等效渗透系数的尺寸效应及各向异性的研究，得到了渗透系数张量及REV;随后，采用连续介质数值模拟方法开展了地下水封石油洞库各向异性渗流特征的研究，并计算了洞库渗水量。该研究成果有助于进一步认清地下水封石油洞库的水封机制。
　　(5)开展了流固耦合作用下相邻两洞库三台阶开挖过程的施工性态空间效应的数值模拟研究，得到了掌子面推进过程中围岩不同部位主应力大小及方向沿纵向开挖尺寸的演化规律及纵向变形曲线，同时对两个洞库施工的相互影响进行了研究，为水幕系统作用下的洞库支护设计提供了一定的理论基础。