随着我国交通建设蓬勃发展，隧道工程的基础研究、设计理论和施工技术也得到了快速的提高，取得了一系列的研究成果。同时也发现这样一类棘手情况，即在隧道建设过程中，尤其是城市隧道建设，常常会遇到由于城市垃圾污染导致的带有腐蚀性的地下环境。在这样的条件下进行隧道建设，隧道支护结构容易受到环境中腐蚀因素的影响而无法达到其应有的力学特性，这就使隧道处于一定的安全风险之中。近年来，城市污染等环境问题造成的隧道衬砌腐蚀损伤已经成为隧道领域的研究热点。本文依托自然科学基金面上项目“多场耦合作用下垃圾渗滤液对隧道支护结构的腐蚀机理研究(项目号：51578091)”，选择隧道初期支护结构中的喷射混凝土作为研究对象，根据隧道水化学分析结果，以一种主要污染物——硫酸盐作为腐蚀因子，采用现场“喷大板”取样、室内实验、统计分析、理论分析、计算机模拟相结合的综合研究途径和方法，对硫酸盐腐蚀环境下的隧道喷射混凝土力学特性劣化以及劣化后对隧道整体稳定性的影响进行研究。主要研究工作和成果如下：
　　①进行了早期喷射混凝土力学实验并在实验中增加硫酸盐内部腐蚀。实验结果显示，养护时间的变化对喷射混凝土的力学特性，包括弹性模量、峰值强度等影响显著；硫酸盐的不同腐蚀类型(化学腐蚀和物理腐蚀)对材料的力学特性劣化规律的影响明显不同。对于受到硫酸盐内部腐蚀的早期喷射混凝土，不仅材料的最终硬化特性受到损伤，材料力学特性的硬化规律也受到硫酸盐腐蚀影响。通过实验数据拟合，推导了早期喷射混凝土力学参数随时间变化的公式，即力学参数的时间硬化函数。
　　②进行了喷射混凝土的硫酸盐长期浸泡腐蚀实验，结合材料腐蚀后的力学试验以及电镜扫描试验结果，得出以下结论：喷射混凝土的硫酸盐腐蚀类型，可以根据硫酸盐溶液浓度的不同分为两种，即硫酸盐化学腐蚀和硫酸盐物理腐蚀。在这两种腐蚀类型下的喷射混凝土的力学特性，在长期的腐蚀弱化过程中表现出不同的劣化规律。
　　③通过材料的损伤应力理论对喷射混凝土由于硫酸盐导致的化学腐蚀和物理腐蚀影响的力学机理进行了分析。结果表明，在腐蚀早期，虽然两类腐蚀尚未导致材料的力学参数发生明显变化，但材料的损伤应力已经有不同的变化趋势。证明两类硫酸盐腐蚀对材料的损伤有所不同。化学腐蚀在腐蚀的早期对材料的损伤并不明显，随着腐蚀时间的增长则呈现出指数型的增加；而物理腐蚀则从腐蚀早期开始就使得材料损伤展现出快速的线性发展趋势。
　　④喷射混凝土在长期的硫酸盐浸泡条件下表现出明显的弹塑性破坏特征。根据室内三轴试验结果，对材料的摩尔-库伦力学参数进行拟合，建立了该力学参数对应于硫酸盐物理腐蚀浓度和腐蚀时间的函数，并对函数中的系数进行了标定。
　　⑤在传统Duncan-Chang模型和基于M-C屈服准则的应变软化模型中加入材料的时间硬化函数得到喷射混凝土的非线性弹塑性本构模型，得出模型参数的求解公式。通过喷射混凝土的室内力学试验结果对该模型进行验证，结果显示该弹塑性本构模型与实验值相比能够较好描述喷射混凝土材料的应力-应变关系。在此基础上通过引入化学腐蚀与物理腐蚀两种腐蚀因素建立了喷射混凝土长期浸泡腐蚀的损伤演化方程以及损伤本构模型。
　　⑥运用有限元软件对隧道施工过程中的喷射混凝土硬化过程以及硫酸盐长期腐蚀下的材料劣化过程进行模拟。结果表明，在隧道开挖施工过程中，考虑喷射混凝土硬化过程更符合实际。硫酸盐长期腐蚀导致的喷射混凝土的力学特性变化与隧道喷射混凝土初衬的支护效果之间有明显的相关性。而隧道应力、位移变化则表明硫酸盐化学腐蚀和物理腐蚀对隧道稳定性也产生了不同的影响效果。