本文围绕隧洞的围岩稳定和衬砌的非线性性能展开研究。应用ANSYS大型有限元分析软件模拟隧洞施工及运行的全过程,评价隧洞安全性能是目前有效的方法。本文针对传统的模拟开挖应力释放的“反转作用力”方法中存在的程序处理方面非常复杂的缺点,应用弱化单元理论,在原有材料本构模型的基础上,推算隧洞在施工中应力释放系数与材料弹性模量之间的关系,从而确定应力释放—弹性模量弱化系数之间的曲线关系,得出了一些有意义的结论,为简化有限元模型提供理论基础。隧洞由于是在自然状态下的岩土地质体内开挖的,因而地质环境对支护结构设计有着重要意义。本研究尽量真实地模拟了实际工程刘家峡水电站洮河口排沙洞支护—围岩之间的受力关系,再现了水工隧洞的开挖、衬砌、充水、检修过程,对隧洞的工作性能作出评价。针对钢筋混凝土结构在正常使用条件下,大部分受弯构件都已开裂进入非线性状态,结构在非线性状态下工作的特点,运用有限元非线性理论来分析钢筋混凝土衬砌结构的非线性力学性能,对衬砌的非线性安全稳定性能进行研究与探讨。有限元模型对原型结构地基的模拟范围和材料特性直接影响计算结果的准确性和可信度。本文研究了不同地基范围的有限元计算模型对水工隧洞地震响应的影响,从而确定合理的地基模拟范围。同时,针对隧洞处于地基中,地基的弹性模量很难准确获得的特点,分析了不同的地基弹性模量下,水工隧洞的地震响应趋势。