高应力与高内外水压力联合作用下水工隧洞开挖与运营期衬砌结构的稳定性是重要的岩土力学难题,本文以典型深埋高压水工隧洞为研究对象和背景,遵循初期支护、二次衬砌和围岩灌浆圈复合体承载结构设计理念,结合流变试验、作用机理分析和数值模拟手段综合论证水工隧洞在高内外水压力作用下围岩和衬砌结构的稳定性,研究成果可为同类型工程的衬砌结构安全性评价提供一定参考和借鉴,得出的主要创新性研究成果如下:(1)深埋水工隧洞围岩深部硬岩的损伤区演化和长期强度具有显著的时间效应,其长期变形破坏是施工、高地应力、围岩所处的地形地质环境(地下水、温度以及物理化学作用等)、岩体结构和支护时机等综合作用的结果。(2)通过深埋水工隧洞硬岩流变实验,可得出长期加载过程中硬岩变形破坏的关键力学规律:?应力水平增大,硬岩会出现体积扩容现象,表明硬岩内部损伤随时间不断演化;?硬岩由黏弹性变形逐步向黏塑性变形转化,流变应变的增大和流变损伤的不断演化,导致硬岩性质的逐步弱化;?CT扫描结果表明,硬岩长期损伤首先在中部积累,而后向试样两端发展,最终导致较大扩容变形。(3)衬砌水压力作用机理主要体现在:?高应力破裂岩体,高水压致裂裂隙岩体,为地下水流动提供可能;?衬砌和灌浆圈外缘的高外水压力作用;?衬砌内水压力作用具有双重性;?有效应力场的动态变化导致岩体破裂的进一步响应;?内外在环境的改变引起隧道衬砌受力的改变。(4)提出深埋高压水工隧洞衬砌结构稳定性分析方法,该方法优势在于:?充分考虑了深埋高压水工隧洞自施工期隧洞开挖、初期支护、衬砌、灌浆以及运行、蓄水和检修的全过程;?考虑围岩长期损伤及外水压力和内水压力的影响;?针对蓄水期、运行期和检修期等各工况进行模拟计算分析;?基于塑性区、最大最小主应力、钢筋应力等对水工隧洞衬砌稳定性评价,可靠合理。(5)基于提出的水工隧洞衬砌结构稳定性分析方法,进行不同工况和衬砌结构形式的衬砌结构稳定性计算分析,得出不同组合隧道衬砌稳定性评价结果。