由于压力隧洞赋存环境的不确定性,衬砌与围岩联合工作及结构破坏机理的复杂性,其设计和结构计算难度远大于地面结构,加之抽水蓄能电站的大量兴建,压力隧洞正往“洞线长、洞径大、埋藏深”的方向发展,更增加了其设计和结构计算的难度,尤其是压力隧洞内水外渗分析还缺乏可靠的模型。因此按现行的《水工隧洞设计规范》(DL/T5195-2004)进行压力隧洞设计存在诸多问题,如：衬砌采用限裂设计,得出的配筋量较大,从埋设在高压隧洞中的钢筋计实测数据来看,钢筋应力远小于设计计算值。本文即是针对压力隧洞内水外渗分析存在的问题,研究提出带有渗流分析功能的裂缝单元模型,建立压力隧洞内水外渗的渗流-应力-开裂耦合分析模型,拟定代表性的压力隧洞断面模型,进行内水外渗的渗流-应力-开裂耦合计算分析,研究压力隧洞渗透稳定性与围岩地质条件、初始地应力、衬砌类型及厚度等的关系,研究成果可为压力隧洞破坏机理及其数值模拟、压力隧洞衬砌结构形式选择及其设计提供科学的参考依据。主要研究内容如下：(1)针对目前压力隧洞设计现实和设计规范均不是很完善、结构计算缺乏可靠方法以及内外水荷载作用下围岩衬砌联合承载机理研究还不深入的现状,对压力隧洞设计准则、结构计算、围岩衬砌联合承载机理以及内外水荷载施加方式这四个方面的研究进展进行了综述,并指出存在的不足,可为压力隧洞的设计和结构计算提供参考。(2)在传统离散裂缝模型的基础上,提出了带有渗流分析功能的裂缝单元模型。基于Biot固结理论和内水荷载施加的体力理论,建立了压力隧洞内水外渗的渗流-应力-开裂耦合分析模型。选择一圆形断面压力隧洞进行了内水外渗的渗流-应力-开裂耦合计算,并与实测结果作了定性对比分析。结果表明本文模型是合理可行的,可用于压力隧洞内水外渗的渗流-应力-开裂耦合分析。(3)为了研究压力隧洞渗透稳定性与围岩变模、围岩渗透系数、地应力、衬砌类型及厚度等的关系,基于压力隧洞内水外渗的渗流-应力-开裂耦合分析模型,拟定了不同围岩渗透系数、不同围岩变模、不同初始地应力、不同衬砌类型及厚度等组合的一系列工况,运用上述分析模型对压力隧洞内水外渗进行了计算。根据计算结果,以隧洞综合透水率和破坏内水压力为渗透稳定性指标,对围岩渗透性、围岩变模、地应力及侧压力系数、衬砌是否配筋、衬砌厚度等影响因素进行了参数敏感性分析,给出了各个参数对压力隧洞综合透水率及破坏内水压力的影响程度。研究成果可为压力隧洞设计,尤其是衬砌型式选择提供参考依据。