我国西南山区交通建设和城市建设正在蓬勃发展，斜坡地段的工程利用越来越多，人工边坡问题越来越突出。在山区高速公路建设中，经常遇到顺层边坡问题，在开挖扰动下经常发生滑动导致工程事故。更为严重的潜在威胁则会发生在公路投入运营后，边坡的破坏失稳往往会导致巨大的公众财产损失和人员伤亡。为此，地质人员和岩土工程人员对交通沿线的顺层边坡的地质结构和破坏模式进行深入研究很有必要。与之相应的边坡防护工程被重视，大量的锚杆、预应力锚索被采用。客观地认识边坡岩体在开挖作用下的变形破坏机制和准确地把握锚固机理对于边坡防护工作具有重要的现实意义的，是山区工程建设中频频发生斜坡地质灾害和边坡失稳事故的实践提出的迫切要求。 另一方面，边坡防护的设计和优化需要充分考虑如何有效地发挥锚固结构的防护加固作用，在尽量节约工程成本时如何充分地利用锚固系统。分析边坡的破坏模式和研究锚固机理是解决这些问题的有效途径，有助于做好防护设计。进一步对锚固工程的设计方案进行优化研究是有工程应用价值的。 受湖北省交通重点科技基金课题“沪蓉西顺层斜坡安全评价与防治系统关键技术研究”资助，本论文以在建的沪蓉西高速公路重要工程为依托，研究顺层岩质斜坡的地质结构特征和变形破坏机制，在原位剪切试验和室内强度参数试验基础上采用极限平衡法对典型边坡进行了稳定性评价；开展了锚索现场张拉试验获得锚索的受荷应变规律；运用FLAC3D程序对顺层边坡中的预应力锚索的锚固机理进行分析；结合锚固机理的研究成果对锚固段进行优化，再引进正交试验方法，结合边坡的地质条件对典型边坡的锚固工程进行优化设计。 全文共分五章，包括如下主要内容和结论： (1)沪蓉西高速公路贺家坪段沿线均为顺向坡，岩性为灰岩、泥灰岩和泥岩夹层。论文首先论述该区的岩性、构造和水文等条件，概括了该区的基本地质特征和工程地质背景。 (2)采用现场试验和室内试验、经验计算相结合的方法，对贺家坪段顺层边坡中灰岩结构面强度参数进行系统研究。结合原位直剪试验资料、室内剪切试验成果，统计分析得出该区代表性结构面和岩体的强度参数。 (3)运用工程地质力学理论，分析贺家坪段代表性边坡的几何边界特征、变形破坏现象等工程地质条件，建立其工程地质模型，分析得出顺层边坡的潜在破坏模式为平面式整体滑动。在此基础上，运用传递系数法计算稳定性系数，评价了该边坡的稳定性状况。 (4)总结有限差分程序FLAC3D的计算原理和实现方法，建立了贺家坪段的代表性边坡的层状岩体和锚固结构单元复合的数值模型。 (5)开展现场张拉试验测试锚索的受荷应变特性，并运用FLAC3D程序模拟现场张拉试验过程。以实测数据为参考，对数值模型中的锚固参数进行调试和校正，提高了数值模拟中参数选取的可信度和模拟结果的可靠性。通过数值计算得出张拉条件下预应力锚索锚固段的轴力和剪力分布特征，分析了各种参数对锚索受力分布的影响。 (6)通过数值计算，得出正常工作状态下，顺层边坡岩体中预应力锚索的受力特点；得出锚固作用下的顺层边坡岩体中应力分布和位移变化规律，分析锚固体对顺层边坡岩体的力学作用和加固效果；重点分析了多级开挖施工对边坡锚固效果的影响。 (7)结合锚固机理研究成果，对对贺家坪段代表性边坡(K63+500)的预应力锚索的锚固段长度进行优化；结合该边坡的工程地质条件，采用正交试验方法在FLAC3D试验平台上，以坡面位移值为控制指标，进行锚索长度、锚固角度、预应力3个因素分4个水平的16次正交试验；对试验成果进行数学统计分析，从而对锚索长度、锚固角度、预应力进行优化设计。