根据浙江白阳山隧道衬砌背后空洞特征,针对运营隧道衬砌背后空洞影响结构承载性能的问题,采用数值模拟方法建立三维扩展有限元模型,从拱顶沉降、边墙收敛、混凝土应力、裂缝等方面分析松动荷载作用下左拱腰脱空结构损伤机制及演化规律。结果表明,松动荷载作用下,左拱腰空洞结构整体表现为“拱顶下沉、左拱腰向外扩张”的变形形态,隧道破坏时拱顶沉降为49.3 mm,水平收敛为14.9 mm;隧道结构损伤主要分为弹性受力、左拱腰外侧开裂、左拱腰外侧开裂—内侧压屈、左拱腰内侧压屈—破坏4个阶段;隧道裂缝扩展过程分为无裂缝、裂缝快速扩展、裂缝深度不变、钢筋应力快速增加及裂缝张开4个阶段,左拱腰外侧发生受拉破坏时,裂缝深度为30 cm,呈V形张开状态。