含有初始缺陷的隧道衬砌结构在静、动力共同作用下的损伤累积问题,是伴随着高速铁路的迅速发展而产生的。由于隧道工程问题复杂,维修难度大,有些破坏不可逆,因此正确地评估高速列车动载对带有初始缺陷的衬砌混凝土疲劳寿命的影响,在隧道工程的防灾减灾方面有重要意义。本文通过数值模拟,对II类和V类围岩条件下典型高铁隧道衬砌的静动力响应、疲劳寿命以及混凝土疲劳破损的细观机制进行了研究。论文的主要内容如下:(1)基于新奥法原理,模拟了隧道衬砌的初期喷锚支护和二期延时支护,以模拟围岩的自承作用,分析得II类和V类围岩卸荷变形后,二期衬砌混凝土的应力和位移场分布。结果表明,围岩的位移较小,支护效果良好,且该施工方法能显著改善衬砌的受力。(2)引入粘弹性人工边界条件,分别采用移动简化二级悬挂系统和移动力法来模拟高速列车对衬砌-围岩系统的作用,分析了列车高速通过时衬砌结构的动力响应,分别比较了车速、单双线行驶、围岩条件、轨道不平顺以及各因素的耦合对衬砌动力响应的影响规律。(3)基于静动力叠加结果得到衬砌往复受载的内力分布,判断衬砌的疲劳破坏型式以往复拉伸为主,分析确II类围岩条件下衬砌的控制部位为底板混凝土,V类围岩条件下的疲劳破损控制部位包括拱墙和仰拱部分。根据国际混凝土结构协会相关规范对高铁隧道衬砌的疲劳寿命作出分析。计算得II类围岩衬砌型式的底板抗疲劳寿命小于隧道结构的设计年限,应予以重点检查和维护。(4)开展混凝土疲劳破损的细观机制研究,通过引入Weibull分布假设,考虑混凝土内部缺陷的随机空间分布,选择混凝土代表单元(RVE)施加周期性边界条件,分别研究了往复拉伸和剪切典型随机混凝土试样的破损发展规律。研究表明细观非均质特性对于混凝土疲劳损伤行为起着关键控制作用。