随着我国社会对出行效率和安全要求的提高,隧道工程进入大规模建设时期,为了保障隧道结构的施工和使用安全,高性能纤维混凝土开始被越来越多的应用于隧道支护结构中。不同断面形式的隧道衬砌在受荷变形过程中,其力学性能、屈服状态以及破坏形式都不同。纤维的掺入能有效增强混凝土的强度和韧性,抑制裂缝的产生与发展,从而提高衬砌结构的强度与韧性。本文针对圆形、马蹄形和四心圆三种不同断面形式的隧道衬砌,开展了隧道模型侧限压缩试验,研究隧道衬砌在掺入玄武岩纤维和聚丙烯纤维后的力学特征变化规律,并分析不同玄武岩纤维掺量（0.15%、0.3%、0.45%、0.9%）下衬砌结构的破坏特征和破坏机理。同时,对不同纤维种类和纤维掺量下的M20水泥砂浆标准试件进行巴西劈裂试验和单轴抗压试验,研究纤维对水泥砂浆试件力学性能的改善效果。研究结果表明:（1）玄武岩纤维和聚丙烯纤维掺量分别为0.3%和0.9%时达到其最优掺量,标准试件的抗拉强度和抗压强度均达到最大值,其中,抗拉强度的提高幅度明显大于抗压强度。此外,试件在最优掺量下,玄武岩纤维试件抗压强度的提高明显大于聚丙烯纤维,而对于抗拉强度则相反。（2）由隧道衬砌模型试验数据可知,当纤维处于最优掺量时,圆形衬砌试件峰值强度值最大,马蹄形次之,四心圆最小,但与无纤维隧道衬砌试件相比,马蹄形衬砌强度的提高幅度最高,而四心圆衬砌试件最低。由此可见,纤维对马蹄形隧道衬砌力学性能改善要由于其他断面形式。（3）隧道衬砌的开裂类型表现为张拉、挤压和错动,可将隧道衬砌的裂缝分为张拉裂缝、错台裂缝、压溃裂缝和组合裂缝。其中,隧道裂缝以张拉裂缝为主。当纤维掺量过大时,在试件开裂破坏的后期,圆形、马蹄形和四心圆衬砌边墙内侧均出现较为明显的鼓起和掉块现象,但聚丙烯纤维对衬砌结构掉块的抑制作用要明显由于玄武岩纤维。