混凝土是由水泥、骨料和各种掺合料组成的复合材料,其形成之初,混凝土内部就具有随机分布的微裂缝的初始缺陷,铺底作为隧道支护结构的重要组成部分,它不仅承受着围岩压力的作用,而且受到列车荷载的持久反复作用。因此,隧道底部病害较为常见,尤其是铺底混凝土的开裂问题。开展铺底混凝土在综合荷载下的裂纹扩展的规律及疲劳寿命的研究,在隧道运营过程中对裂缝的养护整治具有重要的现实意义。本文在文献调研与依托隧道铺底混凝土开裂情况的基础上,基于断裂力学理论建立了裂纹萌生位置预测模型与裂纹扩展特性分析模型,在此基础上,研究了铺底混凝土单裂纹与组合裂纹的扩展规律;并基于疲劳损伤理论,通过疲劳分析软件,分析了列车动载下铺底混凝土的疲劳寿命。主要工作如下:(1)系统调研了现有铺底混凝土纵向裂纹扩展的情况,尤其是裂纹的分布规律及裂纹特征,并指出了裂纹开裂扩展的主要原因及危害。(2)对依托隧道的裂纹病害进行了现场观测、雷达扫描与钻孔取芯等,并现场对列车荷载分布情况进行了测试分析。基于铺底情况建立了有限元模型,结合上述工作分析了铺底结构在围岩压力与列车动载综合作用下裂纹的萌生位置。认为在铺底顶面中心处、轨道处、枕木端处三个位置易萌生裂纹,且当隧底脱空时其上方铺底顶面易萌生裂纹。(3)基于混凝土线弹性断裂力学理论,建立了在铺底混凝土中心处、轨道处、枕木端处含预设裂纹(单裂纹与组合裂纹)的模型,研究了裂纹位置、角度、深度对单裂纹的特征参数及扩展路径的影响,给出了铺底结构三个位置裂纹张开型扩展的临界深度,得到了三个位置裂纹扩展均以张开型扩展为主向滑开型扩展为主转变的机制。给出了组合裂纹之间存在影响时的最小开裂深度。(4)基于混凝土疲劳损伤理论,对已有文献中混凝土梁疲劳寿命进行分析,验证了应用fe-safe软件分析混凝土疲劳寿命的可行性,然后研究铺底混凝土单裂纹与组合裂纹在列车循环荷载下的疲劳寿命,得到了单裂纹在轨道处疲劳寿命最短、且扩展速率最快;组合裂纹与单裂纹最小疲劳寿命相比,均出现了不同程度的减小。