活動斷層錯動下跨斷層隧道動力響應(yīng)及破壞機(jī)理研究.pdf

1、穿越活動斷層的隧道結(jié)構(gòu)在強(qiáng)震作用下受力變形情況極為復(fù)雜，活動斷層一旦發(fā)生錯動，將會對隧道結(jié)構(gòu)的安全產(chǎn)生顯著影響。本文首先基于位移表示定理研究斷層錯動引起的理論位移場，引入斷層錯動速度函數(shù)表征斷層錯動速率。建立大型三維隧道動力響應(yīng)模型，分析斷層錯動形式、錯動速率等問題。采用斷層錯動、地震動綜合加載并考慮斷層錯動速度函數(shù)的方式模擬強(qiáng)震作用下穿越活動斷層隧道實際工程情況，分析研究隧道結(jié)構(gòu)受力變形機(jī)理，結(jié)合實際工程震害對比分析。最后針對跨斷層隧

2、道工程問題，進(jìn)行隧道減震措施研究。本文的主要成果如下:
　　(1)研究了均勻彈性全空間內(nèi)斷層錯動引起的理論位移場，基于位移表示定理，得到目前斷層模擬中常用的矩形有限斷層引起的位移公式，理論公式表明斷層錯動速率對錯動引起的位移場影響不可忽視。
　　(2)開展跨斷層隧道三維動力數(shù)值模擬，對比了三種斷層錯動形式對隧址區(qū)圍巖和隧道結(jié)構(gòu)的影響，得出正斷層錯動形式對隧道結(jié)構(gòu)安全最為不利。同時進(jìn)行了斷層錯動速率研究，研究表明:斷層錯動速率

3、越大，引起的隧道襯砌主應(yīng)力越大，結(jié)構(gòu)安全系數(shù)較低，在斷層及附近應(yīng)力集中位置表現(xiàn)明顯。對比采用不同錯動速度函數(shù)的斷層錯動工況可以得出，斷層錯動速度變化的平滑性對結(jié)構(gòu)主應(yīng)力及安全也有一定影響。
　　(3)分析強(qiáng)震作用下穿越活動斷層隧道結(jié)構(gòu)受力和變形特征，發(fā)現(xiàn)在斷層或附近位置隧道結(jié)構(gòu)變形主要由斷層錯動位移控制，距離斷層較遠(yuǎn)位置處的隧道結(jié)構(gòu)變形主要由水平地震動引起，結(jié)構(gòu)內(nèi)力基本與變形情況相符，斷層錯動速率對隧道結(jié)構(gòu)受力有一定影響，地震動引

4、起結(jié)構(gòu)的變形及內(nèi)力波動幅值在斷層附近位置放大。
　　(4)對比汶川地震中龍溪隧道實際震害，可以發(fā)現(xiàn):在斷裂帶兩側(cè)一定范圍內(nèi)，震害特別嚴(yán)重，在拱頂、拱肩處出現(xiàn)局部坍塌，仰拱處出現(xiàn)隆起、開裂等嚴(yán)重震害，斜向破裂主要發(fā)育在拱腳及附近位置的鋼筋混凝土中，以剪切和剪張裂縫為主，震害現(xiàn)象與本文結(jié)構(gòu)變形內(nèi)力分析結(jié)果相符，說明本文研究可以一定程度上反映穿越活動斷層隧道震害機(jī)理。
　　(5)本文開展了柔性接頭、減震層以及二級減震措施減震效果的