卷扬式垂直升船机是包括混凝土结构、电力驱动、机械传动、液压控制和流体于一体的大型复杂系统。目前国内正在金沙江下游预研的200m级高扬程卷扬式垂直升船机是迄今为止全世界拟建的单级提升高度最大的卷扬式垂直升船机。根据通航要求,该升船机要将重达17200t的承船厢、厢内水体及3000t级的船舶在高程上提升近200m,其运行安全性不容有失。但是目前,国内外针对卷扬式垂直升船机运行过程中承船厢纵倾运动稳定性的研究仍不明晰,升船机吊点中心距的设计与验证依据不够完善,稳定安全裕度也难以评价。为解决以上工程难题,本文进行了以下研究工作:首先,建立了承船厢中浅水晃动的多模态方程,分析了承船厢在纵倾运动和纵向地震不同工况下厢内浅水晃动特性。针对承船厢纵倾运动下厢内的浅水晃动,提出基于Housner理论的简化计算方法以及基于多模态理论的解析计算方法,并推导了倾覆力矩计算公式,仿真结果表明多模态理论只需保留第一阶（n=1）即可保证倾覆力矩计算误差小于5%,远高于Housner理论的误差的20%;针对纵向地震下厢内的浅水晃动,对比分析了多模态理论与等效力学模型两种不同手段的计算精度,结果表明多模态理论的计算结果更接近仿真值,而等效力学模型计算时精度较差。其次,针对目前使用的液压静态调平运行方案,提出了承船厢纵倾运动稳定性判别及临界吊点中心距计算的数值方法。建立考虑系统阻尼的主提升机械传动系统、承船厢、厢内浅水晃动的MCF耦合动力学模型;结合李雅普诺夫运动稳定性判据,判断承船厢的纵倾运动稳定性,提出临界吊点中心距的数值计算方法;通过工程算例验证了方法的合理性;分析了转矩平衡重、钢丝绳刚度、同步轴刚度以及钢丝绳的制造刚度差对承船厢纵倾稳定的影响规律。结果表明较以往不考虑平衡重系统的模型,临界吊点中心距的计算精度提高了约8.7%～20.8%。对于200m级卷扬式垂直升船机,设计参数能够保证承船厢纵倾稳定（安全系数为1.3）;增加钢丝绳刚度30%能够提高纵倾运动稳定性约5.3%;增加同步轴刚度30%能够使纵倾运动稳定性提高约6.68%。再次,针对探索中的液压动态调平运行方案,提出了承船厢纵倾运动稳定性判别及临界吊点中心距计算的数值方法。建立了考虑系统阻尼的主提升机械传动系统、液压调平系统、承船厢与厢内浅水晃动的MHCF耦合动力学模型;利用李雅普诺夫运动稳定性判据,判断承船厢的纵倾运动稳定性,并结合数值方法计算了临界吊点中心距;结果与变步长龙格库塔法的计算结果进行比较,证明了方法的合理性;结果表明与液压静态调平相比,液压动态调平会导致纵倾稳定安全裕度降低（约15%～44%）,但依然能够保证承船厢纵倾稳定（安全系数为1.1）;各系统稳定性受吊点中心距影响程度由高到低依次为:浅水晃动子系统、承船厢子系统、主提升子系统与液压调平子系统;动态调平下,若同步轴刚度提升30%,纵倾运动稳定性提高6.2%;增加水体晃动的边界层阻尼比可以有效提高纵倾运动稳定性。最后,针对纵向地震极端工况,提出了承船厢纵倾运动稳定性判别及系统地震时程响应的数值分析方法。建立了考虑系统阻尼的塔柱、主提升机械传动系统、液压调平系统、承船厢与厢内浅水晃动的TMHCF耦合动力学模型;利用四阶定步长龙格库塔法分别计算了塔柱的地震时程响应及耦合系统的零输入响应,预测了塔柱的抗震级别并判断了承船厢纵倾运动稳定性;通过与参考文献的计算结果及工程数据进行对比验证了合理性;结果表明预研中的200m级卷扬式垂直升船机塔柱设计参数能够保证在7级抗震设防烈度下纵向变形依然满足规程要求;且能够保证承船厢纵倾运动稳定,安全系数约为1.088;纵向地震下的承船厢纵倾运动稳定性较正常运行时有所下降,其中承船厢被提升至最高程时降幅最大（约8.4%）;随着提升高度的增加,TMHCF耦合系统各部分的响应快速性逐步上升;从受到初始扰动到稳态所需调整时间最短的是塔柱系统。通过本文的研究,揭示了升船机承船厢在纵倾运动和纵向地震等因素影响下厢内的浅水晃动特性;提出了一套卷扬式垂直升船机承船厢纵倾运动稳定性判别、临界吊点中心距计算及稳定安全裕度评价的数值分析方法;有效的解决了工程技术人员对于液压静态调平、液压动态调平方案及纵向地震极端工况的分析需求。