地震活化断层之地下工程效应的试验研究

在我国地下工程大量兴建和地震活动渐趋频繁的背景下，针对强震作用下大型地下工程不断受到断层错动严重破坏的实际，以"断层-地质体-工程"系统为对象，采用以振动台试验为核心、以模型试验和数值模拟为辅助的研究手段，开展地震作用下断层活化机理及其错动效应的系统研究。旨在阐明不同频谱地震波对断层错动的影响特点，揭示不同性质断层在典型地震动作用下的活化规律，提出表征断层活化特征的主要参数；揭示活化断层作用下不同土体中破裂的生成和传播规律，建立土体在地震活化断层作用下的变形破坏模式，查明影响土体中剪切带发展与隧道相互作用的关键因素；了解断层岩性和隧道刚度差异对隧道破坏的影响，分析地震作用下活化断层错动的上下盘效应。研究成果将进一步丰富和深化人们对地震作用下断层活化机理和地下工程地震灾害特点的认识，提升我国地下工程抵抗断层动力灾变的分析能力和设计水平，为我国地下工程的安全建设提供必要的理论和技术支持。

项目基于我国地下工程大量兴建和地震活动渐趋频繁，以及强震作用下大型地下工程不断受到断层错动严重破坏的实际，提出以“断层-地质体-工程体”系统为对象，采用以振动台试验为核心、以模型试验和数值模拟为辅助的研究手段，开展地震作用下断层活化机理及其错动的地下工程效应的系统研究。.研究内容主要围绕三大方面展开。（1）地震作用下断层的活化机理研究。包括不同性质断层在典型地震动作用下的活化特征；不同频谱地震波对断层错动的影响；断层岩性和断层带宽度对断层错动的影响。（2）地震活化断层对岩石隧道的影响研究。包括断层岩性和隧道刚度差异对隧道破坏的影响；隧道破坏特征长度的确定方法；隧道与断层间距对隧道损伤程度的影响；断层错动对不同断盘隧道的影响差异（上下盘效应）。（3）地震活化断层对土体隧道的影响研究。包括断层倾角和性质对土体变形和破坏模式的影响；土体性质和状态对土体破裂生成和传播的影响；土层厚度和成层性与土体破裂发展和传播的关系；土体力学性质对土体破裂的影响；断层活化时诱发的土内应力状态和隧道衬砌荷载的变化；土层内剪切带的发展及其与隧道之间的相互作用规律，影响剪切带发展与隧道相互作用的因素。.论文取得的重要认识有：地震环境下，断层-地质体-工程体之间存在着复杂的相互作用。倾角越小，断层对地震波的阻碍作用越明显；宽度越大，断层面两侧地震波波形的差异越大；工程地质条件越好，断层面两侧的地震波形越接近。断层破裂在砂土中传播时，破坏的起始角和断层的倾角基本接近；在破坏接近地表时，破坏面的倾角逐渐减小。上覆土体厚度一定时，隧道距基岩面距离存在着一个最不利值，处于该位置的隧道在断层错动时，被破坏的可能性最大。在不同地震动加载幅值作用下，双隧道中线位置的加速度峰值相对其他测点较小；隧道上方加速度峰值大于下方。表明隧道存在对围岩中地震波的传播有一定的衰减作用。.项目研究的科学意义在于，通过不同性质断层在典型地震动作用下的活化规律以及活化断层作用下不同土体中破裂生成和传播规律的揭示，认识了土体在地震活化断层作用下的变形破坏模式，理解了断层岩性和隧道刚度差异对隧道破坏的影响，明确了地震作用下活化断层错动的上下盘效应。研究结果进一步丰富了地下工程动力灾变的研究内容，深化了人们对地下工程地震灾害特点的认识，提升了我国地下工程抵抗断层动力灾变的分析能力和设计水平，为我国地下工程的安全建设提供必要的理论和技术支持