地下水封洞库运营的基础在于洞室的安全稳定性,由于洞室开挖应力释放,使得初始平衡的三维应力重新分布,而重分布后的二次应力场与洞室截面形状密切相关,因此合理的洞室截面形状对于地下水封洞库工程建设十分关键。本文以直墙圆拱形与五心圆拱形截面形状为研究的中心点,讨论了影响洞室围岩稳定性的因素,并将洞室截面形状参数化,模拟了不同侧压力系数下各截面形状洞室围岩评价指标的演化规律,最终回归到工程实例,运用3DEC数值模拟程序以及Unwedge关键块体理论分析程序,综合考虑连续介质模型、非连续介质模型以及关键块体理论分析,对洞室截面形状进行优化。经上述研究,本文可得如下结论:（1）侧压力系数λ在2.0到3.0之间变化时,直墙圆拱形与五心圆拱形评价指标有相同的演化规律。三心拱在整体结构中占比较大时拱顶位移较小;最大位移位于洞室边墙且随着高跨比的增加呈线性增加;洞室形状更加尖凸时拱顶处应力集中系数减小,而边墙处应力集中系数增大;不同侧压力系数均存在一个最优高跨比使得洞室塑性区体积最小,侧压力系数与最优高跨比之间可用指数函数拟合,且对于五心圆拱形洞室,其塑性区体积还可与组成三心拱圆的半径通过3阶多项式拟合。（2）连续介质及非连续介质模型中,五心圆拱形各评价指标（位移、应力、塑性区、应力集中系数）均优于直墙圆拱形截面的洞室,尤其五心圆拱形的塑性区体积要小的多,且在非连续介质模型中,结构面切割作用的围岩区域,其最大主应力（压应力）减小,使应力集中系数减小,且局部出现拉应力集中现象,不利于洞室围岩稳定。（3）关键块体理论分析可知,对于不同结构面随机组合情况下,随着洞室形状变化,其围岩关键块体所需支护力均有一定的演化规律,且考虑所有结构面随机组合工况时,优化后的五心圆拱形洞室其总支护力小于直墙圆拱形,洞室围岩稳定性较好。（4）综合分析上述三种模型,由于关键块体理论只考虑了三组结构面以及洞室开挖后的临空面所组成的四面体的稳定性,优化方法存在一定局限性,在综合比较时作为次要参考。最终确定优化后的五心圆拱形截面为该工程最优洞室截面形状。本文基于地下水封洞库工程的特性,研究结果对今后地下水封洞库主洞室截面形状的设计具有一定的理论参考价值。