隧道衬砌裂缝是隧道结构最常见的病害之一,裂缝的存在改变了衬砌结构的受力状态,并对衬砌结构的安全性造成不利的影响。为此,本文通过查阅大量隧道衬砌裂缝现状的资料,采用模型试验和数值模拟相结合的研究手段,重点研究了隧道衬砌开裂对结构受力性能的影响,主要的工作内容和成果如下:(1)通过查阅整理文献资料,对大量的隧道衬砌裂缝的现状进行了统计,整理了裂缝类型的分布规律。在此基础上,选取纵向裂缝为研究对象,并针对仰拱、拱顶、拱脚和边墙这四个易出现裂缝的典型位置进行了深入研究。(2)揭示了无裂缝情况下衬砌结构的受力特点、变形规律以及裂损特征。结果表明:衬砌结构无裂缝时,衬砌与围岩间的接触压力、衬砌结构内力和变形基本呈对称分布;衬砌边墙处的接触压力最大,仰拱和拱顶的接触压力相对较小;仰拱处是衬砌结构最薄弱的地方,最先开裂,其次是拱顶和左右拱脚。(3)研究了衬砌存在裂缝时衬砌与围岩间接触压力的分布规律。结果表明:与无裂缝情况相比,在相同的荷载级别下,存在裂缝的衬砌结构拱顶和仰拱的接触压力有所减小,而边墙处的接触压力则增大。裂缝位于衬砌的不同部位时,裂缝处接触压力的变化最显著,且随着裂缝数量的增加,变化越大。(4)分析了衬砌存在裂缝时衬砌结构受力和变形的变化规律。结果表明:与无裂缝情况相比,衬砌存在裂缝时,衬砌的内力重分布,裂缝处及其周围一定范围内的结构弯矩显著减小,并且不同部位的裂缝影响范围不同。对于同一位置,随着裂缝数量的增多,其影响效果越显著。另外,衬砌存在裂缝时整个衬砌的变形加大,裂缝处的位移变化最明显。(5)探究了衬砌裂缝对结构裂损规律的影响。结果表明:裂缝的存在会对衬砌各部位开裂时施加的荷载、衬砌应力以及裂缝深度产生影响。与无裂缝情况相比,仰拱存在裂缝时,拱脚外侧的衬砌应力变大,加剧了其裂损情况,其他位置变化较小;拱脚存在裂缝时,仰拱内侧的衬砌应力变大,开裂更加严重;边墙存在裂缝时,同侧拱脚的衬砌应力减小,开裂滞后。