本文以珠江三角洲水资源配置工程为背景，为优化工程设计及施工工艺提供技术支撑，对复杂地质条件下高水压盾构输水隧洞复合衬砌结构系列关键技术进行研究与开发。本文对复合衬砌结构中钢-自密实混凝土组合结构界面力学性能进行了试验研究，通过对组合构件分别设置不同的剪力连接件布置形式，设计了六组试件进行试验。根据试验结果，分析了钢-自密实混凝土组合构件在往复荷载作用下的承载性能，对钢-自密实混凝土组合构件的应力应变关系、荷载挠度关系以及滑移量等进行了详细分析，并基于有限元建模理论开发了钢-混凝土模型，验证了模型适用性。本文主要的研究内容以及取得的研究成果如下：
　　(1)结合现有研究现状以及工程背景，考虑试验实际情况，设计了试验方案，包括试件材料选用、材料参数确定、自密实混凝土配合比确定、模型试件的制作与养护、测点的布置与数据采集、加载的设计。本文在荷载施加方式上采用往复荷载进行试验，分析了各个组合构件在荷载施加过程中的试验现象以及试件完全破坏后的试件形态，发现不同剪力连接件的布置形式会导致试件不同的裂缝分布。
　　(2)通过对六组钢-自密实混凝土组合构件在往复荷载作用下的纯弯试验，发现了剪力连接件对钢与混凝土之间的荷载传递有着积极作用，得到了钢与混凝土之间的相互作用机理，在前期较低的荷载作用下，钢与混凝土之间满足平截面假定，二者之间的相互作用并不明显。在荷载逐渐加大至一定程度以后，混凝土受压，即将在界面处产生微裂缝，荷载通过剪力连接件传递到钢板上，此时剪力连接件对混凝土的约束作用变得明显。剪力连接件能够很好的约束混凝土滑移量，且剪力连接件的设置能够大大的增强钢-混凝土组合结构的极限承载能力，其中栓钉-纵肋和横肋-纵肋综合连接件组成的组合构件相较于只有纵肋连接件的组合构件极限承载能力提高了约24%。
　　(3)基于有限元建模理论，分析了界面荷载传递机理的钢-自密实混凝土耦合框架，建立了钢-混凝土模型，采用有限元软件Link3D对组合构件的试验进行模拟，其模拟结果与试验结果较为吻合，验证了模型可靠性。