公路隧道衬砌开裂,是公路隧道中最常见的一种病害,它是长期存在的一个难题,对隧道的工程质量及使用时的交通安全都会造成严重的影响。如今运营中的隧道大多数是处于带着裂缝工作的状态,因此,我们在对运营中的衬砌进行评估时,考虑裂缝对衬砌的影响非常有必要,否则将有极大的局限性。衬砌开裂的原因多样且复杂,譬如围岩类型及节理分布随机、衬砌空洞和衬砌厚度不足、爆破对结构造成的扰动、以及施工不规范。因此,目前的研究很难揭示隧道衬砌、二衬衬砌以及围岩的共同作用。本文主要基于离散元软件PFC,对不同工况下隧道衬砌进行数值模拟,根据隧洞开挖卸荷效应计算出开挖荷载后公路隧道带裂隙二衬中应力分布规律,来模拟隧洞中带裂缝衬砌的裂纹扩展机理。本文主要内容如下:(1)收集分析国内外的公路隧道衬砌裂缝文献,整理已有的隧道裂缝评级标准。并且总结公路隧道衬砌裂缝开裂的原因、危害以及衬砌裂缝的分类方式,为后期公路隧道衬砌裂纹扩展的模拟奠定基础。现已有的评级标准大都针对的是铁路隧道衬砌裂缝,并且由于现实中隧道衬砌的裂纹深度并不容易得到,故评价体系考虑的大多是宽度与长度的影响,关于裂纹深度对隧道衬砌影响的研究很少。为了发掘裂纹深度对隧道衬砌的影响规律,本文重点模拟了裂纹深度对公路隧道衬砌的影响。(2)将III、IV、V、VI级围岩对隧道衬砌的影响简化为竖向均布荷载与水平均布荷载,并且根据《公路隧道设计规范》(JTG D70-2004)计算出其具体值,得到模型的加载荷载。基于离散元软件PFC单轴压缩模块,实现对C30混凝土的细观参数的标定,在结合已得到的荷载完成隧道衬砌模型的建立。(3)在V级围岩、二衬厚度为50cm、埋深为27m的工况下,分别在拱腰、拱肩、拱顶位置,预设宽度为10mm深度为100mm、200mm、300mm、400mm的四种裂缝来模拟不同裂纹深度对隧道衬砌的影响,并从模型稳定时裂纹最终扩展的条数、隧道衬砌产生的最大位移与最大速度、滑动粘结裂纹条数及裂纹张开度四个方面对裂纹深度对隧道衬砌的影响进行总结。(4)在PFC3D软件中仅改变预设裂纹长度来模拟不同裂纹长度对隧道衬砌的影响,得到裂纹在不同工况下的极限裂纹长度。并对已有的数据进行统计处理,基于Python语言建立隧道衬砌深度与长度地形图。