随着我国国民经济的快速发展,人们对地下空间的利用越来越多,各种地下厂房、引水隧洞、交通隧道和城市地铁相继兴建。由于复杂的地质条件和地下水环境的影响,使得地下洞室结构在设计和施工上与地上结构有明显的不同而更具有风险。另外,地下洞室结构在地震的作用下,很可能会受到破坏,且近些年来在地震发生区域地下结构受到破坏的现象屡屡发生,特别是在地质条件复杂的地区。因此,研究地下洞室结构在地下水作用下的受力特性,以及其在地震荷载作用下的动力响应具有重要的理论意义和工程应用价值。本文的主要研究内容如下:　　(1)分析了有压隧洞开挖后衬砌上孔隙水压力随时间变化规律及衬砌上孔压分布;根据渗流和流固耦合原理,比较了有压隧洞结构分别在不考虑渗流与应力耦合和考虑耦合作用下的位移,应力及围岩塑性区、涌水量等结果。　　(2)针对地下水在渗流过程中由于受到岩体介质的阻碍作用,而发生水头的损失的现象,研究了围岩与衬砌的渗透系数的比值与衬砌上水头的折减系数的关系,以及不同厚度衬砌对外水水头折减的影响。　　由于对地下洞室衬砌外水压力的确定一直是个难点,本文在总结地下洞室衬砌外水压力的研究成果的基础上,基于流固耦合采用折减系数法和数值解析法对隧洞衬砌外水压力进行了计算;另外,根据衬砌渗透系数及厚度的变化,分析了衬砌的位移、应力、临空面渗流量和围岩塑性区体积各变量与渗透系数的关系。　　(3)根据注浆圈的渗透系数和厚度变化,基于流固耦合分析了地下洞室衬砌的位移和受力,以及隧洞临空面涌水量。　　(4)介绍了FLAC3D软件中的非线性动力分析方法,并与等效线性分析方法进行了对比,探讨了FLAC3D中非线性动力分析方法的具体分析过程;进一步对比分析了两种动力计算阻尼即瑞利阻尼和局部阻尼。　　针对当前对地下洞室结构的数值计算过程中对几何模型的横向计算范围的探讨,本文选取混凝土衬砌材料为理想弹塑性,对不同横向宽度的模型进行了动力计算,得出了合理的模型横向计算宽度。　　(5)以江坪河地下泄洪洞为工程实例,采用相应的数值模拟方法计算了泄洪洞开挖后衬砌的位移和应力;考虑地下水渗流作用,分别计算了泄洪洞衬砌分别在泄洪、不泄洪和地下水水位上升三种工况下的孔压分布及应力分布;对泄洪洞衬砌的三种不同排水方案进行了计算和比较,得出了较优的排水方案;根据江坪河实际工程资料,计算了泄洪洞衬砌结构在地震作用下的响应,并对计算结果进行了分析。