跨断层隧洞错断破坏的力学机制与结构抗断性能研究

Deformation and failure mechanism are the key factors to the rupture problems to tunnels in west China which passing through faults. Thus this issue needs to be serious addressed. In this research project, with additional attention on the less-addressed strike-slip fault, engineering classification of the fault rupture will be firstly addressed and thus the estimation method of the fault rupture deformation would be obtained. Mechanical model for various fault rupture type will be established. Model test that can deal with the strike-slip fault and Sophisticated discrete element method that large deformation and fracture behavior can be revealed are to be adopted as means of research tools, with which deformation mechanism and stability criterion corresponding to various fault slip type will be established. Ultimately, reinforcement measures for various fault slip type will be proposed. Achievements in this research project may provide both the scientific basis and technical back up to the key issues of anti-fault rupture deformation for tunnels such as the Xianglushan tunnel in the Centre-yunan Water Transmission Project.

我国西部的众多跨断层隧洞（道）而言，在不同断层错动条件的下隧洞变形破坏的力学机制将是隧洞抗错动研究中的重要决定性影响因素。本项目拟针对这一问题，着重考虑前人较少涉及的走滑型断层，开展基于断层错动工程分类方法研究，获取位错估算方法。并基于断层错动力学表征模型，以可考虑走滑错动的地质力学模型试验和可考虑断层错动过程中的大变形、局部破裂现象的精细离散元数值模拟为研究手段，开展断层错动条件对隧洞变形机制与演化规律研究，继而建立不同断层错动条件下的隧洞错断破坏模式与稳定性评判标准，最终提出考虑不同错断破坏模式的抗错断设计方法，并依托穿越多条断层的滇中引水工程香炉山隧洞进行实际工程分析与验证。本项目可以为跨断层隧洞（道）的抗错断措施研究，长期运行风险管理等关键问题提供重要的科学依据及技术支持。

本项目针对我国西部的众多跨断层隧洞（道）面临的在不同断层错动条件的下隧洞变形破坏的力学机制问题，结合地震工程学、工程地质学、模型试验技术与方法、离散-连续耦合数值分析方法等方法，针对不同错动性质的断层错动量经验估算方法、基于地质演化机制的断层错动力学模型与力学边界条件确定方法、不同类型断层错动诱发的隧洞变形破坏特征与演化规律、基于破坏规律的工程抗断性能及其优化方法四个关键科学问题，在断层错动量估算、活动断裂位移模式、抗错断地质力学试验装备与技术、精细化数值模拟、隧洞错断破坏特征与影响因素、工程长大隧洞适应性结构形式与设计方法等方面取得进展。提出了基于超越概率理论的断裂错动设防量值估算方法并进行了应用；揭示了活动断裂错断位移模式对隧洞的影响机制并提出了“S”型错断模型；研发了抗错断地质力学模型试验装备和试验关键技术；建立了基于离散-连续耦合的跨断层隧洞错动破坏数值仿真方法；揭示了隧洞错断破坏特征与影响因素；提出了长大隧洞抗断抗震的适应性结构形式与设计方法，并在依托工程中进行应用。本项目研究工作为我国西部强震区穿越活动断裂的长大地下工程的建设与安全运营提供了技术支持。.在本项目的资助下，研究团队在Roc Mech Roc Eng等国内外高水平期刊上发表SCI、EI等国内外著名学术刊物上发表论文10篇（所有论文均作了项目标注），其中SCI论文5篇，EI论文5篇。获得软件著作权2项、发明专利2项。1人次获得中国岩石力学与工程学会全国青年创新创业大赛二等奖（R4），1人次入选中国科学院青年创新促进会。培养或协助培养研究生8名，其中毕业博士4名，在读博士生3名，硕士生1名。