对于目前人们通常采用的长线出行方式高铁来说,隧道是其不可缺少的一部分。随着隧道工程的猛增,其带来的一系列安全性问题便不容忽视,各类病害的出现威胁着行车安全,因此对隧道的病害研究便显得尤为必要。隧道的病害多种多样,本文依托国家自然科学基金项目(U1434211),选定高铁隧道常出现的衬砌背后空洞缺陷作为研究对象,考究其在列车振动荷载作用下的动力响应规律。设计之初,衬砌与围岩是一个相互结合紧密的整体,但是由于后期环境、施工、运营等一系列因素,造成隧道衬砌内含有空洞与围岩之间形成空洞或者衬砌结构背后出现不同程度的空洞,而且带缺陷的高铁隧道在列车振动荷载作用下的影响具有不确定性、空洞的发现具有隐蔽性、空洞的修复具有困难性,因此研究其在列车振动荷载作用下的影响尤为迫切。本文主要的研究内容及结论如下:(1)基于已有隧道及列车运营监测的数据,结合部分现场观测,总结隧道衬砌内含有空洞的分布规律及衬砌背后空洞情况下空洞尺寸分布特征,确定其分级标准并选择典型研究对象的几何尺寸作为本文的主要研究对象;(2)结合混凝土在形成之初便具备初始微缺陷的理论研究,推导出隧道衬砌结构的弹塑性损伤模型;在此基础上引入弹塑性损伤能释放率和损伤面,推导出含缺陷隧道衬砌结构的损伤演化函数及相应的本构关系,从而引入到高速铁路隧道模型当中,使隧道病害分析更可靠准确;(3)基于ABAQUS软件,分别基于衬砌结构内含有空洞的情况及衬砌背后含空洞的情况建立有限元模型,设置不同工况,分析不同空洞大小、空洞位置时在列车振动荷载作用下的动力力学响应规律;(4)总结隧道结构的受力和变形行为,及其在反复动力荷载作用下对隧道结构缺陷部分的影响及隧道安全运营的影响。