随着地下工程新概念、新理论、新方法的不断提出,以及能源开发、环境改善、生态保护和可持续发展等的需要,地下空间的开发与利用越来越多地出现在人们的生产生活中。在复杂多变的地质条件下进行地下洞室的开挖,已有的数值计算方法并不足以解决所有的问题,因此,地质力学模型试验的研究也随着试验技术的提高进一步向前发展。本文结合锦屏二级水电站的深埋长大引水隧洞工程,在已有模型试验研究的基础上,对高地应力、高外水压力这种复杂地质条件下引水隧洞的开挖进行物理仿真模拟,监测在施工过程中引水隧洞区域内的应力场、位移场和渗流场的变化情况,以研究其力学效应及变形机理,为引水隧洞的施工提供理论参考依据,对这些隧洞及洞室群的安全与长期稳定做出正确的评估和预测。本课题完成的工作和取得的研究成果主要包括:1)选择主要考虑重力相似准则来进行相似条件的设计,并根据实际工程与试验条件确定采用几何比尺为1:100的正态模型进行试验,容重比尺为1:1。2)利用有限元软件对渗流场进行计算,根据计算结果对供水系统进行校核,以保证其能满足试验需要;通过对有限元计算和模型试验得到的渗流场进行比较研究,我们可以深化对高地应力、高外水压力条件下渗流场的特殊性的认识。3)利用SAP2000对试验台架的改造和增加的渗流系统的结构稳定性及变形进行校核并修改设计,使改装后的试验系统在受力及变形上能满足试验要求。4)设计出具有防水功能的离散化多主应力面加载系统,既保证了模型试验中地应力的模拟,也保证了离散化的加载方式不引起渗流场的变化。5)对监测系统中多种类、多位置的监测仪器的布置埋设进行设计,既保证了所测数据的代表性,又防止了仪器之间的位置冲突。6)研究、设计制作了能让位移传递杆自由移动而又不引起水流渗漏的密封装置,确保了渗流场模拟的稳定性及真实性,并拟申请国家发明专利。7)在对模型材料进行分层分仓填筑夯实的时候,利用已有的基于击实功复合作用函数逆向控制原理的变密度控制夯筑法来对模型材料的密度进行控制,以确保模型材料的均匀性。