隧道工程在完善交通基础设施方面扮演着重要的角色。但是大部分的隧道或被设计成排水隧道,或因工艺本身存在渗水通道,或在长期服役过程中产生大量的变形裂缝,这些因素都会改变隧道周围的水土压力分布。与此同时,随着东部沿海城市的快速发展,跨江过海隧道已被大量地建设。但这些隧道往往会经受高水压以及水位波动所带来的影响。特别是海底隧道,还会遭受循环波浪或强风暴潮的作用。因此如何考虑水位变化对隧道所带来的影响是另一个不可回避的问题。本文通过求解渗流控制方程,获得常动态水位水下隧道渗流场响应解析解;通过数值方法,研究了考虑海床与隧道相互作用的常动态水位条件下的水土压力响应规律;并通过设计水下隧道模型试验装置,研究了砂性海床中的隧道在常动态水位条件下涌水量以及孔压响应规律。本文主要研究工作和创新成果包括:(1)抛弃了已有研究中关于衬砌外等水头或者等水压的人为假定,基于稳态渗流控制方程,采用保角变化获得了能够考虑任意埋深的水下隧道渗流场解析解。在该解的基础之上,采用叠加原理获得了更接近实际工况的有限深土层水下隧道以及双线隧道渗流场的解析解。通过讨论发现忽略土层的实际厚度或者双线隧道的相互作用将高估衬砌外的孔压和涌水量大小。(2)基于叠加原理,将变水位条件下水下隧道渗流场响应分解为变水位条件下的纯地基(海床)响应和隧道产生的扰动响应,严格推导了地下水位波动和潮汐作用两种工况下渗流场响应的解析解。指出隧道的存在既会阻挡波动孔压的传播,又会对周围渗流场产生降水降压的作用。并且发现潮汐作用下海底隧道存在临界深度hc,该深度上下区域的孔压响应规律存在明显的不同。(3)考虑更为复杂的波浪作用下海底隧道渗流场响应问题,严格推导了该工况下海底隧道渗流场响应的解析解。讨论了波浪要素、土性参数以及隧道结构参数对波浪作用下海底隧道渗流场响应的影响,发现迎波侧的孔压大于背波侧同一水平位置的孔压。(4)采用多物理场软件COMSOL比较了“太沙基-伦杜里克理论”和“Biot固结理论”在渗流问题上的表现。基于COMSOL考虑流固耦合作用的“多孔弹性”模块详细讨论了常水位、地下水位波动、潮汐作用以及波浪作用四种工况下水下隧道水土压力的响应规律。发现隧道渗水会增加衬砌外的法向总应力。现有规范中关于水位波动的规定会高估地下水位波动的影响,但低估了明水位波动的作用。(5)设计并研制了能够考虑隧道衬砌渗水作用的水下隧道模型试验装置。基于砂性海床海底隧道在常动态水位作用下的试验结果,发现隧道涌水量和水位高度之间的线性关系。还观察到水位周期波动并不影响全周期内隧道的涌水量大小,以及水位波动情况下海床内临界深度的存在。验证了本文理论研究成果。