为研究水分驱动下黄土隧道底鼓病害的成因，设计并实施了包含自然状态、基底可控注水和停水后长期蠕变三种连续工况的原位大型缩尺模型试验。系统分析了围岩水分场的时空演化规律及其诱导的围岩-支护结构体系受力变形响应特征，进而探讨了水分侵入-应力演变-仰拱隆起的链式灾变机制。结果表明：基底增湿过程中，拱脚区域作为隧道基底主要集水区，其水分响应早于仰拱中心，基底水分空间分布呈现由“W”型向“U”型转变模式，注水结束后又恢复为“W”型分布。基底增湿导致围岩-支护体系的应力路径向仰拱转移，拱顶围岩压力与钢拱压应力分别降低31.2%与37.1%，而仰拱围岩压力与钢拱拉应力分别增长344.8%和303.4%，形成以仰拱为核心的应力集中区。变形演化方面，基底增湿初期引发隧道整体沉降，随后因拱脚与仰拱的差异变形持续扩大，仰拱由沉降转为隆起，最终隆起量达7.67 mm。停水后的蠕变效应仍贡献30.9%的隆起变形，揭示了底鼓发展的长期性与不可逆性。基于此，提出了以“排水调控-基底增强-结构优化”为核心的综合防控体系，包括基底纵向渗沟、拱脚锁脚锚杆与“微型钢管桩+型钢横撑”复合结构等技术措施。研究成果为黄土隧道底鼓病害的全生命周期防控提供了理论基础与工程实践参考。