山区小流域城市化前沟谷深切、地形连绵起伏,城市化过程中通常从下游往上游兴建河道设施,设计从防洪、排涝、水生态等多目标出发,提出了双层河道建设方案。目前,理论与规范对双层河道结构计算没有相关的研究与规定,设计阶段习惯把上层明渠和下层箱涵分开考虑,而其整体的结构特性还未得到充分研究。针对以上问题,本文结合现有的堤防边坡渗流分析、地下框架结构应力分析及流固耦合计算理论分析,运用大型有限元软件Abaqus对山区城市小流域双层河道在不同工况下的结构特性进行流固耦合分析,得出:(1)静水位及水位降落工况下,模型逸出点高程基本不变;静水位及水位降落工况的孔压浸润线分布相似,降雨入渗工况的孔压浸润线分布则有所不同。(2)各种工况下,流速最大值均发生在岸坡土工膜位置及箱涵排水孔位置处,有发生接触冲刷及渗透破坏的风险。(3)各种工况下,箱涵顶板土石体应力分布相似,整体来说,箱涵顶板中间应力值比两端小,在涵顶两端存在应力集中现象,同时在涵侧不远处的土体也存在了较严重的应力集中现象;降雨入渗工况下,涵侧土体有发生塑性变形的风险;箱涵最大竖向应力发生在3m静水位工况;水位下降的速度越大,箱涵竖向应力值略有增大。(4)各有水工况下,沉降最大值均发生在模型的左、右上角;水平位移最大值均发生在岸坡临水侧。(5)各种工况下,箱涵弯矩最大值发生在底板跨中,轴力最大值发生在侧墙底部;上层河道水位降落对下层箱涵结构内力有一定影响;降雨入渗整个过程中,弯矩、轴力增量变化很小,上层河道降雨入渗对下层箱涵结构内力影响不大。(6)将箱涵内力数值模拟结果与规范经验公式计算结果进行对比,得出:规范经验公式计算承载能力极限值是数值模拟控制值的1.2~4.01倍,说明在同类工程(山区城市小流域双层河道,分离式结构,箱涵埋深较大)设计中,规范经验公式计算结果足够安全。