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走滑断层错动下土体隧道的变形破坏研究

肖至慧  
【摘要】:地震时断层发生错动,使得上覆地层发生永久变形。由于隧道具有长线型特性,地层突然的错位引发隧道的破坏是灾害性的。基于研制的走滑断层模型装置开展砂土与隧道的模型试验,同时采用FLAC3D进行模型试验的反分析。结果表明:走滑断层错动下,砂土中逐渐形成一条清晰的主破裂带,其位置基本与断层线重合,砂土发生剪切变形,发生塑性屈服的土体集中分布在断层线两侧各9m范围内。隧道水平位移曲线形状与误差函数类似,隧道在固定盘远端没有位移,在错动盘远端呈现刚体平移(位移量等于基岩错动量),受弯挠曲变形发生在断层线两侧,伴有水平收敛,体现为受弯破坏。隧道前拱腰在错动盘一侧受压,在固定盘一侧受拉,类似于正弦分布,后拱腰呈现出相反的分布规律,受压与受拉应变随着错动量的增加均逐渐增大,破坏模式主要为拉裂破坏,需重点防范混凝土的开裂。固定盘一侧的隧道后拱腰土体逐渐被挤密,存在接触应力集中现象,可能出现局部受压破坏,错动盘一侧的隧道与土的接触应力骤减并一直处在较低的水平。针对原型隧道埋深、断层交角和隧道壁厚展开数值模拟参数分析,得到以下结论:(1)随着埋深的增加,隧道最大收敛值和超限范围长度均逐渐减小,当埋深大于66m,两者减小不显著。同一埋深下纵向受拉应变整体大于受压应变。(2)断层交角对隧道的近断层变形破坏机制有重要影响。随着交角的减小,水平位移曲线逐渐缓和,当断层交角小于45°,隧道反向变形,最大收敛值和超限范围长度均不断增大,纵向应变分布规律相似,隧道前拱腰与土的接触应力显著高于后拱腰,前拱腰的接触应力峰值逐渐增大,峰值位置从错动盘往固定盘偏移,主动区范围缩小。(3)增大壁厚,隧道受弯挠曲变形趋于缓和,水平收敛值逐渐减小,超限范围长度却逐渐增大,受拉与受压峰值应变均呈缓慢下降趋势,隧道与土的峰值接触应力逐渐增大,增大壁厚并不能有效减缓隧道的受弯变形。


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