近场强震条件下隧道在断层跨越段的非线性地震反应与灾变机理研究

震害调查表明：近场区山岭隧道在跨断层围岩段的震害现象非常明显，但尚未引起充分的重视。随着山岭隧道在高烈度地区大量修建和震害频繁出现，研究该部位衬砌结构的地震反应特点，揭示其动力损伤灾变机理显然对其震害的科学防治具有很强的指导意义。针对该问题，本研究通过震害调查和既有大型振动台物理模拟试验结果系统分析跨断层围岩段隧道的震害特征，总结其地震破坏典型模式，建立并验证该处衬砌的地震动力破坏模型。在此基础上，采用率相关动力损伤弹塑性本构关系，引入非线性动力接触单元，通过无限元与有限元耦合，结合模型试验结果建立并完善跨断层围岩段衬砌的非线性地震反应和损伤分析模型，揭示衬砌从细观裂纹产生、扩展至宏观破坏的演变机理及演化过程，探明结构的非线性地震反应特征和损伤破坏的主要影响因素，揭示衬砌动力破坏过程中不同发展阶段的力学性态，从而为山岭隧道跨断层围岩段衬砌的抗震优化设计、灾后评估以及修复提供理论依据。

近场区山岭隧道在跨软弱围岩（断层带）段衬砌的震害反应与灾变机理尚未引起充分重视。本项目通过震害调查和原有大型振动台物理模拟试验结果总结提炼了其震害破坏典型模式；通过引入率相关动力损伤弹塑性本构关系和修正后的非线性动力接触单元，并以模型试验结果为原型，建立跨软弱围岩（断层带）段衬砌的地震反应和损伤分析模型，然后研究其非线性动力反应特征，探讨了其灾变损伤机理。研究过程中提出并初步完善了适合于岩土体与衬砌间非线性动力相互作用分析的非线性接触单元模型，实现了软件平台的二次嵌入并通过试验检验；同时，依托该数字模拟分析平台和既有物理模型试验结果分析，首次系统揭示了山岭隧道衬砌在软弱围岩（断层带）段的地震动力反应和灾变机理，提出了具有说服力的抗减震途径与对策，为该部位抗减震技术应用提供了理论支撑。