隧道衬砌是隧道结构的重要组成部分,许多隧道病害问题都与隧道衬砌的损伤有关,隧道衬砌损伤的产生原因、发展机理以及其对实际工程所造成的影响已引起国内外学者的广泛关注。目前,在研究隧道开挖及岩石蠕变对隧道衬砌的影响方面取得了一定的进展,对钢筋混凝土材料的塑性损伤理论也有一定的研究,但针对针对隧道衬砌结构在时空效应条件下的塑性损伤特性研究较少。本人在前人研究的基础上,采用理论分析与数值模拟相结合的研究方法,对基于隧道开挖、岩石蠕变等时空效应的隧道衬砌塑性损伤机理进行了较为系统和深入的研究。论文的主要研究内容和成果如下：1.为了完整准确的模拟隧道衬砌的损伤行为,本文借助ABAQUS有限元分析软件模拟了隧道施工的物理过程,基于ABAQUS的强大分析功能提出了一种新的平衡地应力的方法。通过该方法平衡地应力,相对通用的平衡地应力计算方法,设置更简单且更容易收敛：在静态加载过程中添加一个瞬时重力场,在Incrementation选项中勾选Automatic,此后在计算过程中会自动平衡地应力,通过一个简单的模型试验运算可知,计算结果显示初始位移在10-5～10-6m数量级上,这是符合计算要求,同时也证明此方法是切实有效的。2.通过对隧道围岩蠕变的模拟和ABAQUS对隧道围岩的受力和变形的计算,建议在蠕变计算中对初始增量步(Increment size:Initial)采用10-1～10-3数量级数值进行模拟,对最小增量步(Increment size:Minmum)采用10-1～10-6数量级数值进行模拟,在收敛性和计算时间上都能达到比较好的效果。而蠕变应变的容差(Creep strain error tolerance)可以设为lE-4-1E-6左右,这个容差可以根据具体计算作调整。这样设置既能有效的缩短ABAQUS的计算时间,又能一定程度上保证计算收敛。3.通过对隧道衬砌损伤模拟结果分析可以得知,隧道衬砌的损伤产生的规律以及发展方式。隧道衬砌的损伤最初产生于一点,即初始损伤；之后由于初始损伤的产生,损伤以由点到面的形式发展,最后形成一个损伤面。4.在钢筋混凝土衬砌结构中,损伤由拉伸和压缩两种力共同作用。通过对模拟结果分析可知,隧道衬砌损伤主要是由拉伸作用引起的,压缩作用对衬砌结构的损伤起到次要作用,这与对衬砌结构进行理论分析得到的结果是相一致的。5.隧道衬砌上各点的损伤增长表现一条平滑曲线。其初始损伤是瞬时产生的,具体表现为损伤曲线初始阶段斜率非常大,并且一旦产生损伤其损伤的增长速度非常快,继而损伤继续发展,当损伤发展到一定程度后,损伤的增长逐渐变缓,最后损伤的增长趋于稳定。6.隧道衬砌应力与损伤的分布方式。隧道衬砌应力集中截面呈环状分布,环状中心应力较集中,应力值较高；偏离环状中心,应力值逐渐减小。环状应力几乎呈等距沿隧道纵深方向发展。而损伤产生位置与应力集中位置相对应,因此也呈相似的分布情况。本文受到国家自然科学基金项目(51078222；50708056)；山东省自然科学基金项目(ZR2011EEM012)；山东大学自主创新基金杰出青年培养项目(2010JQ001)的资助。