在我国大规模公路建设过程中,公路隧道经常会穿越高烈度地震区域,因此研究公路隧道结构动力响应规律、抗减震措施以及隧道地震安全评价显得尤为必要。本文结合西部交通建设科技项目(31874004)“高烈度地震区震害评估及隧道结构抗震设计技术研究”和国家自然科学基金项目(51078324)“近断层脉冲型地震动作用下隧道抗减震理论研究”,基于“5.12汶川大地震”震害调查资料,以西藏嘎隆拉隧道为依托工程,开展了大型振动台模型试验,研究了公路隧道在地震作用下的动力响应规律、隧道减震层的动力特性以及隧道地震安全评价。论文的具体研究工作如下:(1)开展了“5.12汶川大地震”公路隧道震害调查,并结合其他国内外隧道震害资料,分析了隧道场址、地震波特性、隧道埋深、围岩地质条件、衬砌条件等隧道震害影响因素,从地震波传播特性的角度研究了隧道地震破坏机理。(2)利用拟静力法理论,定义了荷载传递系数,推导了隧道减震层结构的应力计算公式。利用振动理论,建立了“围岩-减震层-衬砌”隧道减震系统模型,对影响减震层减震效果的主要因素进行了研究。(3)将隧道衬砌看作一种长柱形壳结构,利用波动理论和壳理论推导出隧道衬砌结构的轴向应变、环向应变和剪切应变的解析解,并与数值解进行了对比,发现两者的应变峰值及应变分布基本吻合。(4)以嘎隆拉隧道洞口段为原型,拟定了相似关系,进行了相似材料的正交试验,得出了合理的材料配合比,制作了公路隧道大型振动台试验模型。在隧道试验模型中设置了减震层,选取了合理的地震波,进行了振动台加载试验,整理并分析了试验结果,并和数值模拟计算结果进行了对比,研究了隧道的地震动力响应规律和减震层的减震效果。(5)构建了多种隧道动力分析的数值模型,用时程分析法对影响隧道地震动力响应的几个主要因素如地震动加速度峰值、隧道埋深、围岩级别、衬砌厚度以及衬砌混凝土强度等进行了研究,揭示了各主要因素对隧道结构地震动力响应的影响规律。(6)将隧道围岩动应力集中系数作为合理反映隧道地震动力响应的关键参数,开展了动应力集中系数与地震动力响应影响因素的参数分析。研究结果表明:隧道围岩的最大、最小主应力的动应力集中系数与地震动加速度峰值、隧道埋深、围岩级别、衬砌厚度、衬砌混凝土强度等因素在一定范围内均近似呈弱线性关系。基于上述参数分析结果,提出了岩体隧道地震安全评价公式和评价方法。