南水北调是缓解中国北方严重短缺局面的重大战略性工程,通过跨流域的水资源合理配置,缓解北方水资源严重短缺问题,促进南北方经济、社会与人口、资源、环境的协调发展。大型倒虹吸工程是南水北调中线工程的重要组成部分。南水北调中线工程中的倒虹吸分为渠道穿过河谷的渠道倒虹吸和河流穿过渠道的河道倒虹吸两类,其中以渠道倒虹吸居多。流量大、结构尺寸大、荷载大是南水北调中线工程中倒虹吸结构的显著特点,其能否安全运行直接决定着南水北调中线工程是否能发挥出它的作用和效益。因此,了解倒虹吸结构在不同工况下的应力状态是必要的。特别是在考虑结构材料非线性时,倒虹吸的应力、应变及位移状况是值得深入研究的课题。本文以大型通用有限元分析软件ANSYS为平台,分别对五种工况下的倒虹吸管身和两种工况下的土体进行了非线性有限元分析。对管身进行分析时,是根据非线性弹性理论,分别选用Solid65单元和Solid45单元建立管身模型和地基土模型。对管身周围土体分析时,是根据弹塑性理论,选用Plane42单元建立模型。两种分析中均采取整体式模型模拟管身中的钢筋。提取了管身及土体的应力场和位移场。分析结果显示,管身边墙和腋角处容易产生较大应力,应考虑对其进行加强处理,缝墙的应力均处于较低状态,可考虑减小缝墙的尺寸或配筋率。分析的结果还显示了管身容易产生裂缝的位置。此外,对土体的分析结果显示,土体没有发生大的变形,管身部位沉陷50mm左右,符合相关技术要求,并且分析结果显示管身下部土体的地基承载力能够满足工程的需要。通过对不同工况的模拟,得出了管身和土体的应力值和位移值,经过对比分析,为类似工程的设计提供了可视化和可量化的参考依据。