混凝土衬砌的渗透性是评价高水压环境中水下隧道工程结构耐久性的重要指标。本文以混凝土衬砌的渗透性为研究对象，首先开展了混凝土渗透系数法试验，分析了不同配合比参数对混凝土渗透性的影响；同时，建立混凝土的三维-三相细观模型，从细观尺度对混凝土渗透性的影响机制进行了深入讨论；随后，提出了对拉荷载作用下的混凝土衬砌渗透性试验方法，并开展试验探明了对拉力、水压力同时作用下混凝土衬砌渗透性的退化规律。本文的主要研究内容如下：
　　1.对现有的混凝土渗透试验的方法、原理等进行了梳理、比较和分析，确定了以渗透系数法为主的试验方法，试验过程中采用石蜡、松香+橡胶套的双层侧面防水方案，有效地解决了边界渗水问题，保证了试验的精度。通过渗透系数法试验，探明了粗骨料用量、水胶比、辅助胶凝材料、纤维掺量等配合比参数对混凝土渗透性的影响机制，并给出了辅助胶凝材料的最佳掺量为25%~30%，纤维的最佳掺量为1.5kg/m3。
　　2、采用随机球体、椭球体颗粒模拟混凝土的骨料，采用无厚度薄壳单元模拟界面区，建立三维三相混凝土的细观模型，该模型可以较好地体现水在混凝土内部流速分布的“曲折效应”、“稀释效应”、“界面效应”。基于该模型，从细观层次上探究了界面区性能、砂浆性能、骨料形状及体积分数等因素对混凝土渗透性的影响。针对既有研究中的骨料的“低渗性假设”，提出了骨料对渗透性影响的“敏感区间”，明确了计算过程中骨料渗透性所导致的误差范围。基于数值模型计算结果和试验数据，采用系列插值方法对骨料渗透性进行估计，有效地提高了数值模型的计算精度。
　　3、以对拉力模拟隧道上部土压力荷载，提出了荷载作用下混凝土衬砌渗透性试验方法，开展试验探明了隧道外荷载对混凝土衬砌渗透性的影响。结果表明：对拉力使空心圆柱试件产生与隧道衬砌接近的开裂损伤；在水压力作用下，两种衬砌(C50混凝土和ECC材料)依次经历不饱和、饱和阶段，渗透系数随时间波动下降，水压力越大渗透系数量值越大、达到饱和的时间越短、试验结果波动性越小；在水压、对拉力共同作用下，两种衬砌材料受到外荷载损伤、水泥基材料“自愈合效应”、饱和度变化等因素影响，其渗透系数曲线呈现3种显著的阶段性特征：“稳定型”、“退化型”、“破坏型”；当对拉力、水压量值较大时，试件将发生水力劈裂破坏；ECC材料的渗透性显著高于C50混凝土，但其受对拉力、水压力的影响较小，发生水力破裂破坏的可能性较低。