蠕滑错断-强震时序作用下跨活断裂隧道变形破坏机制初步研究

作者:崔臻; 盛谦; 李建贺; 付兴伟
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在以往对穿越活动断层隧道变形破坏机理的研究中,往往将蠕变位错效应和强震效应分开研究,忽略了这两种效应在强震区同时威胁隧道的可能性。在此基础上,讨论了蠕滑断层强震序列对强震区隧道的影响。基于室内试验数据,考虑岩石衬砌接触面和隧道混凝土衬砌材料在相对错动条件下的非线性弱化特性,研究了连续发生的断层错动和强震作用下隧道的变形响应和破坏特征。介绍了柔性铰接的设计理念,作为隧道有针对性的工程措施,验证了铰接设计的效果。进行了详细的参数研究,讨论了一些重要设计参数对铰接设计的影响。研究结果表明:(1)当隧道仅受断层影响时,隧道的影响和破坏仅限于断层带,而隧道的其他部分受断层的影响和破坏基本上完好无损。(2) 在蠕滑错动强震序列作用下,隧道衬砌产生明显的椭圆变形和顶板沉降,导致隧道衬砌沿拱线发生明显破坏。具有初始位错损伤的隧道在地震作用下会遭受更严重的损伤,且损伤程度随初始位错距离的增加而增加。(3) 在顺序组合作用下,铰接设计可以减小隧道的相对变形,提高隧道的安全度,但铰接设计带来的安全度提高仅在设防范围内。(4) 结果表明,最佳设防长度范围略大于断层宽度,管片长度越小,越有利于提高隧道稳定性,在蠕变错动和强震时间序列组合作用下,增加错缝宽度很难改善隧道的性能。作为初步探索,研究成果可为进一步提高我国西部强震区地下工程的抗震抗错能力提供一定的参考。