隧道喷膜防水衬砌结构又称CSL结构,其特点在于喷涂成膜的柔性防水层施做于隧道初支和二衬之间,与初支和二衬贴合且具有一定的粘结强度。喷膜防水衬砌的层间界面由于喷膜防水层的存在,初支与二衬之间的切向应力可以在一定程度上得到传递,防水层在应力作用下可能会失效且衬砌的层间界面也可能会发生脱离和滑移,进而对衬砌结构的整体承载能力造成不可忽视的影响。为了探究层间界面及防水层的受力及破坏特性,本文通过试验结合数值模拟的方法研究了喷膜防水层材料本身和CSL结构界面的力学特性。(1)对防水材料的力学性质进行试验。选取三种等级的聚合物水泥防水材料作为试样进行制膜,并进行单轴拉伸、平面拉伸、双轴拉伸试验以获得材料在单向受拉、平面拉剪以及双向受拉状态下的力学特性,再结合ABAQUS有限元软件对试验数据进行处理并本构拟合,并验证拟合结果的合理性。(2)进行界面粘结与剪切试验研究混凝土与防水材料界面粘结-滑移特性。先通过粘结试验获取三种等级的防水材料与混凝土界面的粘结-破坏特性曲线,再者设计了CSL结构界面剪切试验与试验装置,通过试验分析了CSL结构界面的剪切-滑移机理与破坏规律,根据试验得到了界面剪切模量、剪切强度、残余剪切强度、剪切-滑移能等参数,分析了界面的失效形式与破坏规律。(3)结合ABAQUS有限元软件,采用内聚力模型模拟了混凝土与防水材料界面的粘结层,建立了初支混凝土-粘结层-防水材料-粘结层-二衬混凝土的有限元模型,分析模型在不同压剪应力状态下界面应力的变化、分布规律及破坏形式,并与试验结果比较。研究结果表明:通过采用适当的防水层材料本构模型,选取合理的界面参数,内聚力模型可以有效地模拟CSL结构界面的受力变形与破坏失效特性。