我国隧道运营总里程已居世界首位,隧道建设方面取得了很大成就,但受限于施工及管理水平,有相当比例运营隧道都存在衬砌背后空洞、衬砌厚度不足、衬砌裂缝等质量缺陷及病损。隧道病损会影响隧道抗震性能,加剧衬砌结构地震破坏,这些带缺陷损伤服役的隧道必将成为未来隧道震害的高危区。本文针对我国强震频发的实际和山岭隧道病损突出的工程现实,采取统计分析、振动台试验和数值计算方法相结合的方法,系统研究了衬砌减薄及背后空洞缺陷条件下隧道的地震响应规律,深入分析了缺陷状况对隧道抗震性能的影响。主要研究内容及成果如下：(1)在文献调研的基础上,系统地分析了隧道缺陷成因、形态及分布规律,在此基础上,以云南地区某服役公路隧道质量检测结果为依据,统计分析了隧道衬砌缺陷特征。结果表明：服役隧道缺陷情况较为普遍且隧道拱项及拱腰等部位更易出现质量缺陷,其中衬砌厚度不足时往往伴随着衬砌背后空洞。(2)结合隧道缺陷现场调查统计结果,以某两车道高速公路隧道为原型,完成了振动台模型试验方案设计,并针对隧道无缺陷、隧道衬砌完好但拱顶衬砌背后空洞、衬砌减薄且背后有空洞等工况,开展振动台模型试验。试验结果表明：衬砌背后空洞及衬砌减薄对隧道地震响应的影响很大,显著降低了隧道结构的抗震性能,改变了隧道地震破坏模式,衬砌减薄和空洞处成为抗震薄弱部位。对于完好隧道情况,在较大加速度(0.6g)时隧道结构出现裂缝,破坏发生在拱腰、墙脚部位;当拱顶存在减薄及空洞缺陷时,分别在0.2g-0.4g范围内衬砌即发生破坏,而且衬砌破坏形式与完好衬砌结构不同,以拱顶及墙脚破坏为主。(3)采用ABAQUS软件,建立了考虑衬砌结构损伤的隧道地震响应计算模型。开展了多种缺陷组合下的地震响应计算。计算结果表明：完好隧道具有良好的抗震性能,缺陷的存在将明显改变衬砌的受力状态及应力分布,显著降低隧道的抗震能力,衬砌拱顶存在背后空洞与减薄缺陷时,拱顶将首先产生受拉损伤,而最终破坏形式,以墙角及拱腰处的损伤最为严重,在0.3g EI Centro地震波作用下的损伤系数可达1。