《逆斷層粘滑錯動對跨斷層山嶺隧道結構的損傷機理》是依託同濟大學，由劉學增擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：逆斷層粘滑錯動對跨斷層山嶺隧道結構的損傷機理
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：劉學增
- 依託單位：同濟大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
逆斷層粘滑錯動是地震造成跨斷層隧道結構嚴重破壞的主要因素，國內外學者關於逆斷層粘滑錯動下管線的破壞機理、設計措施的研究較多，但是一般隧道斷面尺寸相對管線要大得多，所表現出來的破壞模式也不同，關於逆斷層粘滑錯動下跨斷層隧道破壞機理的研究較少。課題擬結合典型地震逆斷層粘滑錯動（如汶川地震、台灣集集地震）所引起的山嶺隧道破壞模式，通過1：50物理模型試驗和數值方法研究錯動位移下地層變形、隧道與圍岩接觸壓力、襯砌表面的環向、縱向應變以及裂縫的發生、發展過程，分析逆斷層粘滑錯動變形下上覆山嶺隧道發生破壞時的錯動位移量以及襯砌結構的破壞過程、方式以及區域，建立逆斷層粘滑錯動下上覆隧道的破壞機制與準則，提出抗錯斷的隧道結構剛度設計方法。同時，課題還擬對斷層傾角、圍岩性質、隧道埋深、襯砌剛度、隧道軸線與斷層夾角對隧道結構破壞機理、形態以及破壞範圍進行敏感性分析。
結題摘要
斷層錯動是造成跨斷層隧道結構變形過大甚至破壞的主要因素，國內外學者關於斷層錯動開展了不少研究，但多針對管線破壞機理，關於跨斷層隧道破壞機理的研究較少。本項目針對逆斷層粘滑錯動問題，通過案例調研、物理模型試驗、數值計算及理論分析等手段，研究錯動位移下圍岩變形、跨斷層隧道變形破壞特徵，分析逆斷層粘滑錯動下隧道破壞時的錯動位移量以及破壞過程、形態、區域，揭示斷層傾角等關鍵因素對隧道結構破壞形態及破壞範圍的影響規律，提出逆斷層粘滑錯動下隧道結構破壞機理；對比分析不同鉸接襯砌節段長度、剪下縫寬度等對結構變形、破壞的影響，提出隧道結構的抗錯斷合理設計參數。主要結論如下： （1）逆斷層粘滑錯動時圍岩斷裂面為一向下盤發展的曲面，斷裂起始角與斷層傾角相同，隨錯動量增加逐漸產生分叉，形成三角剪下帶；斷層水平傳播距離、次斷層發展高度以及三角剪下帶最大寬度與斷層傾角呈正比關係，斷層傳播到地表所需的錯動位移與斷層傾角無關，不同埋深條件下斷層傳播引起圍岩變形差異不大； （2）隨錯動量增加上盤圍岩壓力發生明顯增幅，上盤距斷層線0.8倍斷面高度處圍壓最大、下盤距斷層0.8倍斷面高以外的區域圍壓趨於穩定；埋深越大，上、下盤及斷層帶圍壓差異越明顯，埋深104m隧道拱頂最大土壓力是埋深30m隧道的3.25倍； （3）隧道結構可視為一彈性地基梁，承受彎曲、剪下與擠壓組合作用，頂、底部外側受壓，拱腰外側受拉，上盤存在一個反彎點，受影響區域為斷層兩側共4.8倍斷面高度範圍；斷層傾角是影響隧道縱向穩定性的主要因素，傾角越小，穩定性越差； （4）結構表現為直接剪斷型破壞、張拉-擠壓型破壞、張拉-擠壓-剪下破壞三類，斷層傾角由75°變為45°時，結構由直接剪斷型破壞過渡為張拉-擠壓型破壞，破壞區域分別集中在斷層兩側1.1倍、1.4倍、1.8倍斷面寬度範圍內； （5）依託工程合理抗錯斷設計參數：仰拱半徑15m、C25二襯、厚55cm、變形縫間距10m、變形縫寬度0.5m。 （6）研究成果已初步套用於棋盤石隧道工程。
