随着我国高速铁路建设工作的全面展开,高速铁路隧道长期动力稳定性问题已逐渐引起工程界和学术界的关注,开展高速列车动荷载作用下,隧道衬砌结构动力响应特征及累积损伤规律等方面的研究显得尤为重要。本文以武广高速铁路金沙洲隧道为研究对象,依托国家自然科学基金项目“高速铁路隧道结构动力累积损伤机理与控制方法研究(项目编号:51278121)”,采用理论分析、有限元模拟以及模型试验相结合的方法,对高速铁路隧道结构在高速列车荷载作用下的动力累积损伤机理以及疲劳寿命进行分析研究。主要研究内容与成果如下:(1)将Lee—Fenves混凝土塑性损伤本构模型和过—张混凝土塑性损伤本构模型引入高速铁路隧道衬砌结构动力累积损伤分析,并基于ABAQUS非线性动力有限元分析平台,编制了混凝土塑性损伤本构模型程序模块。(2)利用高速列车振动荷载研究成果以及高速列车车辆设计参数,建立了可考虑列车移动荷载叠加效应的动力分析方法,并基于ABAQUS软件分析平台,编制了高速列车移动荷载子程序。(3)引入无限元边界条件,建立高速铁路隧道与围岩动力相互作用有限元分析模型。利用混凝土塑性损伤本构模型,对高速铁路隧道衬砌结构在高速列车荷载长期作用下的动力累积损伤特性进行数值模拟研究,获得了高速铁路隧道衬砌结构动力累积损伤规律,并对高速铁路隧道衬砌结构疲劳寿命进行了预测分析。(4)基于相似材料模型试验原理和微粒混凝土力学试验成果,构建了高速铁路隧道全断面试验模型,并基于MTS液压伺服加载系统,设计了一套可用于隧道全断面试验模型动力加载转换装置。(5)通过对高速铁路隧道全断面试验模型施加高速列车振动荷载,进行了动力累积损伤试验,获得了隧道衬砌结构动力累积损伤发展规律。对比模型试验与有限元模拟分析成果,验证了相关研究结论的合理性。本文的研究成果,对完善高速铁路隧道长期动力稳定性分析理论以及提高我国高速铁路隧道设计与运营管理水平等均具有重要的理论与工程应用价值。