随着我国城市化进程的飞速发展,当前水电行业发展呈现出了新的形势,水工隧洞在抽水蓄能电站工程中扮演的角色日渐重要。然而,遇到复杂地质条件时,水工隧洞施工过程中的涌水灾害和围岩失稳等各种问题,给施工安全带来严重威胁,也对生态环境造成不良影响。在水工隧洞围岩稳定性研究中,Biot固结理论是一种经典的渗流—应力耦合分析理论,然而其没有考虑应力对渗流的影响,即渗透率不随孔隙的变化而变化。因此本文通过在耦合方程中添加损伤变量反映应力场对渗流场的影响特性,建立了水工隧洞渗流—应力—损伤耦合模型,同时在此耦合模型的基础上运用数学统计预测方法分析各种计算参数对围岩稳定性的影响,为隧洞的设计提供有力支撑。本文主要研究内容如下:(1)首先基于多孔介质有效应力原理,考虑岩体开挖过程中渗透系数动态演化特性,建立了水工隧洞围岩渗流—应力—损伤耦合模型;利用通用有限元软件ABAQUS平台,进行了其子程序USDFLD的二次开发,编写了相应的岩体损伤耦合模型的计算程序,模拟施工期开挖过程中岩体的渗流—应力—流固耦合作用,研究渗流、应力和损伤间的耦合演化特征。结果表明:在水工隧洞施工过程中,由于开挖卸荷效应引起的应力释放,围岩发生屈服并出现损伤区,渗透系数开始发生变化;随着时间的增长,围岩损伤区域和损伤破坏程度不断增加,损伤区围岩渗透系数显著增大,渗流场重新分布;应力场和渗流场相互作用,相互影响,最终达到平衡。与Biot理论结果相比,渗流—应力—损伤耦合理论得到的塑性区分布范围有所扩大,塑性应变有所增加,收缩变形增加,孔压减小,渗流流速增大。(2)在渗流—应力—损伤耦合模型的基础上,以隧洞断面铅直向最大收缩量、水平向最大收缩量及隧洞渗流量为表征结果,进行了隧洞埋深、围岩初始渗透系数、围岩变形模量和隧洞初始地下水位等参数的敏感性分析,进而运用灰色关联分析方法,得到主要因素对围岩稳定性影响程度的排序。影响围岩稳定的四个参数按敏感性大小排序依次为:围岩变形模量、地下水位、围岩抗渗特性、埋深。(3)根据支持向量机和偏最小二乘统计分析方法,对水工隧洞的围岩稳定性进行预测研究,并借助数值计算结果对模型预测精度进行验证,结果表明:支持向量机方法与偏最小二乘方法在水工隧洞围岩稳定性回归分析方面精度较高,实际工程中首先推荐显式的一次或二次偏最小二乘分析模型进行回归分析,当分析精度不能满足工程要求时,隐式的支持向量机模型可以作为补充方法对回归结果进行修正。最后根据回归分析模型,绘制隧洞沿线的设计包络图,此成果可以便捷应用于隧洞的初步设计工作中。