本文以中国第一条海底隧道——厦门翔安海底隧道为工程背景，以模型试验为主要研究方法，同时结合理论计算、数值模拟分析等多种手段，在水土共同作用下，对隧道衬砌结构受力特征以及隧道围岩应力场与渗流场的变化分布规律进行了研究，主要研究成果如下： (1)研究了考虑水土共同作用下的模型试验相似理论与原理，确定了本模型试验的相似准数。并完成了围岩相似材料、隧道结构相似材料的配制以及模型的制作。 (2)利用隧道及地下工程试验研究中心研制开发的模型试验台架系统与数据采集系统，进行了圆形断面隧道的模型试验。研究了全封堵与排导两种不同隧道防排水方案对围岩应力场与渗流场的影响，以及对隧道衬砌结构受力的影响，重点研究了在排水过程中，围岩孔隙水压力的变化以及隧道外水压力的变化。 (3)进行了优化断面隧道的模型试验。以F4全强风化囊地段设计的S5d优化断面隧道工程为原型，考虑在水土共同作用下，在设计的水压力荷载与围岩压力荷载共同作用下，研究了隧道结构的安全性与受力特征；在逐级增大水压力的情况，研究了隧道结构承受超载的能力以及最后隧道结构的破坏特征。 (4)依据荷载结构模型与连续介质模型两种不同的隧道工程数值模拟分析理论，分别利用ANSYS软件与FLAC3D软件进行了模型试验相对应的数值模拟分析，并验证了模型试验研究中得到的结论和规律。 最后归纳总结了本文得到的主要研究成果，并就模型试验研究中的经验、教训以及改进内容进行了总结，对下一步工作进行了展望。