钢筋混凝土衬砌结构因其具有强度高、造价低、施工方便等诸多优点成为隧道工程内应用最为广泛的衬砌结构形式,然而在其长期服役过程中,因钢筋锈蚀引起的衬砌结构耐久性问题不断凸显,结构往往在达到其预定服役年限前便产生严重劣化甚至失效,这对隧道的长期运营安全具有重大影响。本文基于扩展有限元法、混凝土损伤塑性模型及多场耦合分析等多种数值分析方法,从宏、细观多个尺度对侵蚀环境作用下钢筋混凝土隧道衬砌结构性能劣化演变机理进行了系统研究,研究成果为钢筋混凝土衬砌结构全寿命周期内的耐久性设计提供一定的参考依据。论文主要工作和研究成果如下:1、基于扩展有限元基本理论,建立钢筋均匀锈蚀膨胀模型,通过对钢筋锈蚀膨胀引起的混凝土保护层开裂过程进行计算分析,得到混凝土保护层从裂纹萌生到裂缝扩展的不同开裂状态,明确保护层起裂位置,并通过对程序进行二次开发,获得混凝土结构开裂参数随钢筋锈蚀发展的变化规律,从细观层面探明混凝土保护层锈胀开裂机理。2、采用混凝土损伤塑性模型,基于网格映射的方式建立混凝土三相细观分析模型,再现混凝土保护层因锈蚀膨胀引起的细观断裂破坏过程,获得不同骨料形式、界面层强度及保护层厚度对混凝土保护层裂缝发生及扩展的影响规律,探明多因素作用下混凝土保护层的破坏形态。3、基于多场耦合分析模型,开展钢筋锈蚀膨胀造成的混凝土结构损伤及锈蚀产物堆积引起的钢筋与混凝土粘结滑移性能损伤研究,并与现有试验数据进行对比分析,验证数值计算模型中的标准参数,并建立隧道衬砌结构模型,揭示衬砌结构在氯离子侵蚀环境影响下的劣化机理,描述衬砌结构损伤-劣化的发展过程,得到不同锈蚀率下钢筋混凝土衬砌结构性能退化规律,以期为钢筋混凝土衬砌结构耐久性设计提供一定的参考依据。