如今的国家铁路建设行业如火如荼得发展,高速铁路隧道建设的大力推进更是为祖国的崛起与富强提供了强大的动力。同时,高铁建设也成为了中国的大国象征,援建重点。既是墙内开花,也是内外飘香。但是,伴随着祖国高铁隧道的飞速发展,一些问题也随之而来。比较突出的问题就是,国内一些在役隧道不同程度地出现了衬砌空洞缺陷情况,隧道衬砌的空洞缺陷会使周围土体和衬砌的接触面发生变化,从而导致内部应力在隧道衬砌结构中的不均匀分布,最终会加剧高铁隧道衬砌的掉块、开裂以及渗漏水等病害的发生。因此,本文把1)国家自然科学基金项目重点项目(项目批准号:U1434211)“含缺陷高速铁路隧道在列车和气动荷载作用下的状态响应及衰变机制研究”;2)北京市市属高校基本科研业务费项目资助(FZ01);3)北京市自然科学基金面上项目(项目批准号:8202012)资助;4)2019年度北京建筑大学研究生创新项目(31081019002)作为基础,并结合目前国内部分在役高速铁路隧道衬砌结构具有空洞缺陷的真实情况,综合使用数值模拟、现场调研和理论分析的研究方法,进行高铁隧道衬砌拱顶薄壁空洞缺陷在列车振动荷载作用下的动力响应规律的研究工作。本文的重点研究结果以及研究内容如下:(1)通过阅读大量关于高铁隧道空洞缺陷的文献进行资料收集与信息整合,发现国内高铁隧道的空洞病害成因规律及隐藏危害。经过归纳得出空洞缺陷俩大成因:1、高铁隧道衬砌结构出现空洞(本文衬砌结构空洞指衬砌内部由于各种原因出现的空洞缺陷);2、高铁隧道围岩及初期支护出现空洞。(2)本文参考国内研究高铁隧道病害的著名院所关于服役期间隧道的病害现场检测数据和文献,经过研究分析,得出了在空洞缺陷下高铁隧道衬砌结构的动态性能演变规律。(本章主要为后文验证数值模拟是否能与现场检测结果相吻合)(3)通过经典损伤本构模型的讲述与损伤力学的介绍讲明了混凝土弹塑性损伤模型的理论框架和确定塑性损伤参数的办法。并依据国内《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)讲到的混凝土应力应变的本构关系,来进行混凝土弹塑性损伤模型的布局与建立,同时将损伤效应加入研究范围,从而推导出混凝土关于拉压应力的损伤表达式。最后依照结论进行混凝土塑性损伤模型系列参数的验算方法的论述。为高铁隧道衬砌拱顶薄壁空洞缺陷的相关研究贡献微薄之力。(4)使用ABAQUS有限元软件建立高铁隧道模型,依照衬砌结构拱顶空洞的形状,大小,对高铁隧道衬砌拱顶薄壁空洞缺陷的动态性能演变进行数值模拟研究,同时也对围岩空洞缺陷下高铁隧道的动力响应进行模拟。因为鉴于实际情况,关于衬砌拱顶缺陷的现场资料较难收集。所以利用围岩空洞缺陷下高铁隧道的动力响应数值模拟数据与某院所现场实测数据进行比对,发现数值模拟结果与实测结果基本吻合。证明了数值模拟的研究方向与结果是正确的。(5)通过建立的模型来获取高铁隧道在衬砌结构的空洞形状(包括开口形、长方形、椭圆形、正三角形、倒三角形、六边形、平行四边形、梯形、菱形)以及尺寸大小发生改变时,衬砌拱顶空洞附近的动力响应,包括相应测试点的位移,加速度,主应力等参数。将数据进行分析后发现:在各种形状空洞缺陷条件下,衬砌拱顶的动力响应参数(加速度、位移和最大最小主应力)都在随着空洞尺寸的减小而降低。综合来看,平行四边形空洞,开口形空洞,倒三角形空洞对衬砌拱顶的动力响应的影响较大,但整体差距不是很明显。数据分析结果体现了高铁隧道衬砌拱顶薄壁空洞缺陷的动态性能的演变,对未来的高铁衬砌结构安全提供了一定的理论支撑。