21世纪是大力发展地下空间的时代,隧道是路网规划中的关键性工程,作为快速便捷的通道,隧道的安全性和耐久性一直是学术界关注的重点。对于混凝土结构来说,裂缝不可避免,材料、环境、设计、施工等各方面因素均可能导致混凝土结构出现病害。衬砌式隧道修建或运营过程中的衬砌裂缝向来是威胁隧道安全的主要问题,研究裂缝产生的各种机理是进行裂缝分析的前提;研究裂缝的产生和发展,对于结构裂缝进行安全性评估,快速采取措施进行修复具有重要意义。目前隧道试验大多集中于承载力研究,对衬砌开裂机理及开裂衬砌稳定性研究很不系统。针对上述这些问题,本文开展了以下研究工作:(1)搜集整理国内外相关文献,研究混凝土裂缝产生机理,归纳总结隧道裂缝产生原因;(2)阐述混凝土断裂力学理论,如Griffith能量原理,裂缝尖端塑性区理论,混凝土受拉软化关系等,整理归纳混凝土裂缝模型;(3)详述虚拟裂缝模型的概念及数值计算,得出裂缝方程,引入双节点裂缝模型,在裂缝扩展过程中无需重构网络、无需指定裂缝扩展路径。基于此引入裂缝路径修正及应力增量分析求解;(4)多裂缝与单裂缝问题最本质的区别在于裂缝模式是否可确定,针对多裂缝问题,提出扩展虚拟裂缝模型(EFCM),推导裂缝方程,通过裂缝方程求解裂缝尖端位移场和应力场,为后续裂缝分析提供理论基础;(5)采用Fortran语言编写完整的裂缝分析程序,对I型多裂缝隧道结构断裂过程进行数值模拟,绘制荷载—位移曲线,与试验结果较为吻合,验证了程序的正确性,并得到了裂缝扩展模式,荷载—裂缝尖端开口位移(CMOD)关系图等。