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为了探明隧道衬砌与围岩之间局部脱空存水空间对隧道衬砌劣损性的影响,基于存水空间水热力三场耦合理论,利用ABAQUS软件建立了水热力耦合理论模型,并对隧道拱顶沉降位移和裂缝分布状态进行数值模拟。将数值模拟和实际监测数据进行对比分析,验证了理论模型的适用性。基于被验证的理论模型,对衬砌裂缝的渐进开裂过程进行了数值模拟分析,详细探讨了存水空间位置、冻胀量以及衬砌砼厚度变化对隧道衬砌结构应力、劣损裂缝的扩展及其分布规律的影响等相关问题。结果表明:隧道衬砌结构在存水空间对应的中心区域产生的裂缝较为集中,多表现为张拉