大屯水库为南水北调东线工程的一个调蓄型平原水库,水库采用库底水平铺设土工膜的防渗(库盘防渗)方案,受膜下地下水位、地基变形等因素的影响,膜下非饱和土中的孔隙气体可能会聚集,导致土工膜下形成压力,从而出现土工膜局部鼓起的气胀,甚至破坏的现象。气胀现象给水库的防渗安全带来隐患,因此,研究土工膜气胀及强度以及库盘防渗膜下气体压力计算,对水库中土工膜设计选型具有重要的理论和实际意义。在调查大屯水库基本情况的基础上,分析了可能引起土工膜气胀现象的原因,根据波义耳定律、亨利定律推导了适用于平原水库地下水位上升时膜下气体压力的计算公式,通过室内实验进行了验证,并计算与分析了地下水位上升情况下大屯水库膜下气体的压力。此外,根据热传导模型与非饱和土中气体运移模型的相似性,采用Abaqus软件对大屯水库地下水位上升时引起的膜下气体压力的变化进行了模拟分析和计算。论文主要研究成果如下:(1)推导了地下水位上升时膜下气体压力计算公式,设计了一套实验装置,并进行了相关的验证实验。计算结果与实验结果的对比证明了该公式的正确性。(2)采用所推导的公式对大屯水库地下水位上升时的膜下气体压力进行了计算分析,分析发现膜下气体压力随着地下水位的上升而增长;在地下水位上升0.5 m时,水库中即使没有排气措施也不会发生土工膜气胀现象;地下水位上升1.5 m时,远离围坝的区域和靠近围坝的区域均有可能出现气胀现象,但在蓄水位较高的情况下,不会发生气胀现象;地下水位上升3.0 m时,若没有良好的排气措施,很有可能出现气胀现象;为防止气胀现象的出现,水库需要采取一定的排气措施。(3)采用Abaqus软件,依托热传导模型,对大屯水库在地下水位上升时膜下气体压力的变化进行了模拟,结果表明靠近围坝区域的膜下气体压力小于远离围坝区域的膜下气体压力。模拟结果与公式计算结果呈现出良好的一致性,这也表明该热传导模型适用于平原水库膜下气体压力计算分析。研究成果可为土工膜库盘防渗平原水库的土工膜选型、膜上覆土厚度和气胀设计提供理论指导与技术支持。