随着我国经济社会的发展,抽水蓄能电站等优质调峰电源的建设步伐呈加快趋势。伴随着抽水蓄能电站的大规模建设,高水头、大直径的钢筋混凝土衬砌水工隧洞相继出现。在高水头隧洞充水过程中,钢筋混凝土衬砌会发生开裂,在衬砌和围岩中形成内水外渗渗流场。高渗压使衬砌和围岩产生变形,改变了其结构特征和渗透特性,而衬砌和围岩渗透特性的改变又会引起渗流场和渗压的变化。可见,在高压隧洞内水外渗过程中,渗流场与应力场互相影响,存在着复杂的水-力耦合关系。如何建立准确描述高水头隧洞力学特性的水-力耦合计算模型,是高水头隧洞建设中面临的核心问题。通过对现有实测资料进行分析、总结,建立了考虑衬砌开裂的渗流-应力-开裂耦合解析模型,并以此为基础,进一步建立了描述围岩开挖卸荷到隧洞充水完成的整个过程的压力隧洞解析模型,编写为相应的计算程序,分析了钢筋混凝土衬砌的压力隧洞在初次充水过程中结构的受力和变形情况,结果表明,考虑衬砌的渗流-应力-开裂耦合能够较好的反映实际隧洞充水的过程。主要研究内容如下:(1)为分析高压隧洞钢筋混凝土衬砌开裂后的渗透特性,以达西定律及水流连续条件为基础,考虑到钢筋在衬砌开裂后发挥的重要作用,从钢筋应力入手,并引入钢筋应变不均匀系数和混凝土应变影响因数,根据渗水压力与钢筋应力的关系、衬砌裂缝宽度与钢筋应力的关系、衬砌变形与钢筋应力的关系,建立压力隧洞钢筋混凝土衬砌渗流-应力-开裂耦合解析模型。(2)基于渗流-应力-开裂耦合解析模型,以平面应变问题下的厚壁圆筒轴对称模型为基础,将水压力以体积力的形式进行施加,衬砌和围岩分别看作弹性圆筒和理想弹塑性圆筒,并考虑到衬砌和围岩的接触关系以及衬砌的渗流-应力开裂耦合,建立能够描述从围岩开挖卸荷到隧洞充水完成的整个过程的压力隧洞解析模型。(3)以工程实际为依托,编写相应的解析模型计算程序,将压力隧洞解析模型用于模拟实际工程中高压隧洞充水全过程,研究压力隧洞初次充水过程中结构的受力及变形特点,并通过与工程实测数据进行对比验证,对解析模型的合理性进行了分析。(4)以解析模型为基础,对压力隧洞影响因素进行参数敏感性分析,包括衬砌和围岩接触关系、围岩弹塑性、围岩力学与水力特性、钢筋混凝土衬砌设计参数的影响因素,总结压力隧洞结构承载条件,得出了一些具有价值的结论。