衬砌裂损是服役期隧道最常见的结构劣化形式,往往会导致混凝土或钢筋混凝土衬砌结构的渗漏、碳化和腐蚀,甚至破坏衬砌结构的完整性,导致剥落和坍塌。因此,衬砌裂损常作为评价服役期隧道安全性的重要指标。而对于高烈度地震区山岭隧道,衬砌结构的抗震能力对于其服役期内的安全性同样至关重要。在这种情况下,衬砌裂损不仅仅会引起上述静力安全性问题,还有可能导致隧道地震安全性的降低。本文基于现场调查,采用模型试验和数值模拟相结合的方法,从基本研究手段和安全性评价方法出发,对裂损衬砌隧道在地震剪切波作用下的响应机理、结构损伤演化过程以及安全性进行了深入研究,所取得的主要研究成果与结论如下:（1）研发了一种新型静动耦合剪切模型箱,实现了隧道地震反应振动台模型试验过程中对静动应力场的耦合模拟。相比于刚性模型箱,其解决了设置柔性吸能边界可能导致静力条件下岩土体模型自重应力场失真的问题;相比于叠层剪切模型箱,其解决了动力条件下岩土体模型受力和变形不连续的问题。该模型箱的横向边界提供了可以调节的刚度和阻尼,并实现了竖向加载的静动耦合,以模拟不同的地质和埋深条件。试验验证结果表明,新型模型箱的横向边界能够较好地模拟半无限土体中地震波的传播,有效地消除地震波在模型箱边界的反射对试验结果的影响,同时也能够较好的模拟岩土体在地震剪切波作用下的剪切变形。（2）提出了一种隧道地震反应拟静力试验方法。该方法基于新型静动耦合剪切模型箱,结合位移加载系统,通过对模型箱横向边界的位移控制,实现了对岩土体模型低周往复的剪切变形加载,以模拟地震剪切波对隧道-围岩系统的作用。该方法摆脱了对振动台等大型试验设备的依赖,降低了试验成本,同时对试验过程的控制更加灵活。（3）为探究裂损衬砌隧道在地震剪切波作用下的动力响应特性,以达成铁路苟家沟等11座隧道为原型,设计并完成了衬砌纵向开裂隧道地震响应振动台模型试验和拟静力模型试验。试验结果表明:（1）浅埋条件下,衬砌结构的破坏由拉应力控制,破坏模式主要表现为拉裂破坏;（2）深埋条件下,衬砌结构的破坏由压应力控制,破坏模式主要表现为压溃破坏;（3）衬砌结构的拱腰和墙脚位置对地震剪切波作用的响应最为强烈,拱腰处纵向初始裂损对衬砌结构的抗震能力影响最大;（4）初始裂损的开裂截面对隧道地震峰值承载能力影响较小,但斜截面裂损会导致衬砌结构破坏后变形速度加剧;（5）拟静力试验与振动台试验在试验结果上有较好的符合度。模型试验的结果为数值模拟的分析和研究提供了指导和依据。（4）提出了一种适用于隧道地震反应分析的等效位移拟静力分析方法。相比于反应位移法,该方法考虑了地震剪切波作用下岩土体的非线性反应以及与衬砌结构之间的相互作用,同时能够考虑相对复杂的水平地层条件和初始应力状态。相比于动力时程分析,该方法在保证分析结果准确性的同时大幅度降低了分析成本。（5）建立了一套以强度折减法和损伤分析评价方法为核心的隧道地震安全性评价方法体系,能够从隧道-围岩系统宏观整体稳定性和衬砌结构微观损伤演化两方面进行综合评价。在拟静力强度折减法中,选取塑性区贯通作为失稳判据,避免了分析过程中分析对象的关键点不断变化、位移突变难以准确捕捉,以及数值计算的收敛性受模型和求解器设置的影响较大等问题。在损伤演化分析中,基于混凝土塑性损伤模型,引入应变协调和强度等效假设,提出了一种适用于隧道衬砌结构损伤分析的钢筋混凝土等效塑性损伤模型,并给出了相应的损伤评价指标,该本构模型能够准确地反映钢筋混凝土结构整体力学行为和损伤演化过程。（6）以达成铁路苟家沟等11座隧道为原型,基于ABAQUS有限元数值平台,分别采用强度折减法和损伤分析评价方法,建立了二维和三维数值模型,分析了地震剪切波作用下裂损衬砌隧道的地震稳定性和结构损伤演化过程,并对裂损衬砌隧道的地震安全性进行了综合评价。分析结果表明:（1）随着地震峰值强度的增加,隧道-围岩系统首先进入塑性的区域由两侧边墙附近向拱腰、墙脚附近转变;（2）裂损衬砌-围岩系统均先发生局部失稳破坏,后发生整体失稳破坏;（3）在地震剪切波作用下,环向裂损的响应较小,纵向裂损的响应较大,衬砌结构拱腰和墙脚位置出现受拉或受压集中,为纵向裂损的最不利位置,且其破坏模式与埋深条件和地震前的受力状态有关;（4）位移时程曲线峰值的大小不是决定地震剪切波作用下衬砌结构损伤演化的充分必要条件,还需要同时考虑位移的波动频率;（5）多峰值地震动过程中,衬砌结构存在累积损伤,损伤在地震动再次增强过程中进一步发展;（6）损伤评价能够揭示衬砌结构的损伤演化过程和破坏模式,但隧道工程往往能够带损工作,因此需要结合整体稳定性评价来综合评判裂损衬砌隧道的地震安全性。