上世纪90年代起,在我国交通系统中隧道工程迅猛发展。在隧道工程施工过程中,隧道掘进多数采用爆破开挖的方法,其围岩与衬砌都承受爆破冲击作用而出现破坏,所以本文将部分围岩与衬砌看作一结合体进行研究,来探求不同尺寸的围岩衬砌结合体动荷载的力学性能,继而优化支护。本文基于应力叠加原理对隧道围岩衬砌结构所受的荷载进行分解;并根据厚壁圆筒理论条件对隧道围岩衬砌结构进行力学分析,得到其径向位移和轴向位移计算式。实验中,对SHPB实验装置进行改进,即在入射杆与透射杆之间增加了一个变径装置,使其突破以往只能对直径小于75mm的试件进行冲击试验的限制,可以对试件直径小于200mm的试件进行试验得到其应力波形,并进行大截面单轴冲击试验,得出冲击载荷下围岩衬砌结构环状岩体试样的动态力学响应,得到的应力-应变曲线,强度破坏规律及破坏模式。在模拟方面,本文利用LS-DYNA软件模拟支护厚度不变围岩厚度改变的单轴冲击试验、围岩厚度不变支护厚度改变的单轴冲击试验及两者总厚度不变的单轴冲击试验,并与室内实验结果及理论相互印证;并模拟了围压下支护厚度不变围岩厚度改变的冲击试验过程,发现结合体的强度随围岩厚度增大而增强。本文结合隧道支护方面的规范明确目前隧道内部衬砌结构中主要荷载的设计方法、衬砌的选择基准及以动荷载的验算方法,发现支护强度的计算主要考虑静载荷的作用,而忽略了动载荷的影响;继而分析动荷载影响下不同尺寸的衬砌及围岩结合体的破坏规律,来探求衬砌支护在动荷载下的围岩与衬砌结构的最佳比例,优化支护,减小动荷载对隧道安全产生的影响。