近年来,随着水电的开发,水轮机组单机容量和引用水头急剧增大,水电站厂房蜗壳结构相应巨型化和复杂化。在已建的大型电站中,充水保压蜗壳结构以其独特的结构优势和可靠性得到了广泛的应用。由于充水保压蜗壳相对复杂的施工方式,目前在如何建立合理的数值模型,模拟实际施工过程,研究钢衬与混凝土之间复杂的传递机理等重要问题的研究尚显不足。同时,蜗壳外围混凝土施工期温度场与徐变应力仿真方面的研究相对甚少,这也是工程设计中急待解决的关键问题。因此本文基于非线性有限元程序ABAQUS,就充水保压蜗壳结构的施工仿真、保压值优化及瞬态温度场与应力场的数值模拟等问题进行了详细研究,具体包括如下几项研究内容：(1)水电站充水保压蜗壳施工仿真数值分析。建立了充水保压蜗壳结构施工仿真算法的数值模型,引入了基于连续损伤力学的混凝土损伤塑性模型,结合工程实例研究了保压间隙形成和不均匀变化的规律,分析了间隙的非线性特性对钢衬与混凝土结构承载的影响程度,进行了循环荷载作用下蜗壳结构力学响应的研究。通过模型试验,研究了有限元程序数值计算的适用性和可靠性。提出了一种壳-弹簧组合模型的简化计算方法。(2)基于静态强度和动态刚度评价的保压值优化研究。建立了基于静态强度和动态刚度的保压值优化分析数值模型。分别从结构强度和动态刚度的角度,对蜗壳保压值的优化进行了深入研究。针对保压间隙可能造成的脱空现象,进行了结构动态刚度分析,进而研究了地下厂房结构与围岩动态耦合作用效应,进行了围岩特性敏感性分析。通过厂房振源分析,进行了共振复核。(3)通过引入水化热温升和水管冷却等措施实现了水电站蜗壳结构从施工期到运行期的温度场瞬态分析。通过施工方案的优选对比,研究了影响施工早期温差的因素。针对蜗壳结构的特点,研究了蜗壳结构特有的瞬态温度场分布规律。(4)引入徐变本构模型,采用顺序耦合方式对蜗壳结构的温度应力进行了分析。研究了蜗壳结构温度应力的特点,分析了温度裂缝的开裂机理。提出了温度间隙和温度水头的控制变量分析方法,进行了温度作用对保压间隙形成影响的机理研究。(5)针对蜗壳结构施工的特点,通过研究施工中的温控原理和措施,分别对通水时长、入仓温度和表面保温等温控参数进行了敏感性分析。研究了水管冷却和表面保温相结合的温控措施施工早期的裂缝防治效果,提出了针对蜗壳结构可行的温控措施建议。