衬砌结构作为地下工程重要的支护结构,应用于热力管道、城市地铁、石油和天然气运输管道以及海底隧道,这些地下结构常受到高温、冲击等作用。因此,各种热源、力源引起的土-衬砌系统热弹性动力响应备受关注。目前关于土-衬砌系统的热力耦合和热水力耦合动力响应的研究鲜有涉及。本文考虑土与衬砌的相互作用,研究了热力耦合作用下弹性土-衬砌系统的热弹性动力响应、深埋圆形隧道衬砌-土系统的热扩散效应、饱和土-圆形衬砌系统的热水力耦合响应、变温荷载作用下岩土（衬砌）材料变形特征和热物性以及热物性与温度相关的饱和土中衬砌隧道热水力耦合动力响应。主要内容如下:1.考虑土与衬砌结构界面的热接触阻力,根据热接触模型和弹性波反射与透射原理,建立了土与衬砌界面非连续接触模型。将土与衬砌视为热弹性介质,基于Lord-Shulman（L-S）模型,研究了弹性土-衬砌系统的热力耦合动力响应。采用Laplace变换及其逆变换,在时域内得到了衬砌-土系统的动力响应解答。考察了接触热阻、弹性波阻抗比、热传导系数和比热对系统动力响应的影响。2.采用解析方法研究了深埋圆形隧洞衬砌-土系统的热扩散效应。将土体和衬砌视为均匀弹性介质,基于广义热扩散理论和经典热弹性理论,利用Laplace变换和Helmholtz分解求得了土-衬砌系统的热弹性动力响应。利用连续性边界条件,采用Laplace逆变换得到了相应的数值解。研究了衬砌和土物性和几何参数对热、力和化学耦合下系统的温度梯度、位移、应力和化学势的影响规律。3.采用解析方法研究了热源和力源共同作用下饱和土中圆形衬砌隧道的热水力耦合动力响应。基于分数阶热弹性理论,利用运动方程、流体平衡方程和热传导方程,建立了完全耦合的具有时间分数阶的热水力动力模型。将土和衬砌分别视为饱和多孔热弹性介质和热弹性壳体,采用微分算子分解法和Laplace变换,求得了温度增量、位移、应力和孔隙水压力的表达式。考察了分数阶参数对系统响应的影响,且与无衬砌的计算结果进行了对比。4.将衬砌和土分别视为柔性多孔材料和饱和多孔介质,基于完全耦合的热水力耦合动力模型,研究热、内水压力作用下饱和土中半封闭圆形隧道的热-水-力耦合响应。采用Laplace变换,得到饱和土的温度增量、位移、孔隙水压力和应力。考虑隧道衬砌的渗透性,利用Darcy定律建立部分透水边界条件。通过引入与孔隙流体体积分数相关的应力系数,建立应力协调边界条件,确定未知数的表达式。利用Laplace逆变换Crump反演法得到相应的数值解。在此基础上,进行数值结果分析和讨论。5.利用工业相机实时采集了3种典型隧道衬砌-岩土材料（混凝土、花岗岩和粘土）在变温过程（20℃-200℃）中的热变形图像,通过数字图像相关法计算获得了上述三类材料在变温作用下的热变形信息,研究了变温作用下隧道衬砌-岩土材料的热变形特征,得到了热物性参数（热膨胀系数）随温度的变化规律,采用最小二乘法拟合获得了热膨胀系数与温度的函数关系式。6.考虑热物性与温度的相关性,研究了热源作用下饱和土中圆形衬砌隧道的热水力耦合动力响应。假定热物性参数与温度增量呈线性函数关系,建立了考虑热传导变化的热水力耦合动力模型。将土和衬砌结构分别视为饱和多孔热弹性介质和热弹性介质,采用Kirchhoff和Laplace变换得到了饱和土-衬砌系统响应的时域解。采用Laplace逆变换得到了相应的数值解。利用非连续性边界条件,确定了待定系数的表达式。考察了土与衬砌的热物性系数比、弹性波阻抗比及刚度和阻尼对系统响应的影响。