在我国由于工业化快速发展的需要,越来越多的危险化学品物资需要通过公路运输到全国各地,公路隧道发挥了重要作用。由于公路隧道的独特型制,隧道中一旦发生危险化学品燃烧、爆炸等事故,必然会给隧道衬砌结构带来高温燃烧和爆炸冲击损伤。论文针对高温冲击对拱形隧道衬砌结构的损伤,用仿真模拟、足尺实验及被动防护方法开展了研究。论文的研究内容和成果如下:1)高温热流对衬砌结构损伤研究。建立了足尺寸的危化品车辆燃烧模型,监测了拱形隧道衬砌结构在不同位置发生爆燃时所形成的温度时程曲线,并用足尺寸隧道管片在高温平炉上进行了 RABT曲线的真实燃烧实验;研究并验证了衬砌结构内部的温度时程曲线与实际模拟结果的相似性,当车辆靠左燃烧时,火焰的羽流效应会导致高温区域从拱顶向拱腰、拱肩转移的现象,损伤区域也发生了转移。2)冲击对衬砌结构损伤研究。在考虑围压和等效TNT模型的非接触式爆炸工况下,研究隧道衬砌结构面临的冲击损伤。自研并制作了增程式冲击台,根据隧道衬砌不同位置的超压峰值对试验台的冲击高程和冲击质量进行标定;对燃烧后的隧道衬砌管片进行切割并且根据不同位置进行对应的冲击试验;通过高分辨率无损CT扫描获得衬砌结构不同位置的损伤图像。3)高温高压耦合作用下衬砌结构微观破裂研究。利用离散元方法通过应力应变曲线,标定出不同温度下颗粒平行粘结模型的不同参数,再导入温度和冲击的边界条件,在真实骨料分布条件下对细观混凝土模型进行高温损伤和冲击损伤计算。最终获得细观条件下不同位置的模拟损伤图像。4)细观混凝土的损伤图像分析研究。采用分形维数对损伤图像进行分析,配合隧道不同位置的拉压条件分别计算出拱底、拱腰、拱肩、拱顶的安全系数。当车辆在事故后靠边停车时,车辆燃烧的高温可使衬砌的拱顶位置在相同冲击条件下下,安全系数从10.1下降到0.2,拱肩的安全系数从8.3下降到3.2。因此分析得出高温是降低隧道安全系数的重大影响因素。5)隧道衬砌结构的隔热研究。设计并改进了混凝土和地聚合物的界面结构。双材料界面裂隙能量平均释放率从未处理的0.3J/m2上升到处理后的2.5 J/m2,界面开裂强度上升10倍左右。最后从混合型裂隙前端的应力强度因子变换的角度对改进后的界面强度进行了合理解释和分析。本次论文研究了隧道衬砌结构在同时考虑高温和爆炸条件下的损伤以及地聚合物隔热镀层与混凝土基底界面的加强。通过不同尺度的数值模拟和对应的实验探索总结了经验,取得了良好的理论研究与工程应用的成果。