走滑断层错动影响下跨活断层铰接隧洞破坏机制模型试验

以滇中引水香炉山隧洞为背景工程,通过小尺度物理模型试验,对断层错动模拟过程中的隧洞上覆围岩破裂形态、衬砌破坏形态和裂纹发展、应变分布特征等关键响应特征开展试验分析,深入地研究了走滑断层错动影响下跨活断层铰接隧洞的破坏形式及破坏机制。在铰接隧洞抗错断设计参数作用机制方面,详细研究了衬砌节段长度、衬砌厚度、隧洞直径、隧洞轴线与断层带夹角、隧洞断面形式,衬砌材料力学特性等因素对铰接设计隧洞抗断性能的影响。研究结果表明:(1)当跨活断层隧洞不采用铰接设计时,在断层错动作用下隧洞破坏模式为剪切和弯曲组合破坏,衬砌破坏程度严重,存在剥离脱落现象。隧洞截面呈现椭圆化变形,整体坍塌趋势明显;在当前试验中,无铰接隧洞破坏范围达4W_f (W_f为断层带的宽度)。(2)当跨活断层隧洞采用铰接设计时,在断层错动作用下隧洞整体变形呈现S形,衬砌结构破坏形式为节段间的转动和错台,衬砌节段相对完整,破坏程度较轻;当前试验中,铰接隧洞破坏范围为2.14W_f,相较于无铰接隧洞减少48%,表明铰接设计可改变活断层错断作用下隧洞的变形破坏模式,并减小隧洞结构的...     

穿越黏滑断层分段接头隧道模型试验研究

数次大地震震害调查表明,隧道穿越断层处是受地震破坏较为严重的区域。为此,基于地震动能量的传播与释放特征,建立了一种穿越断层隧道结构抗减震的设计理念,并提出了一种穿越断层隧道节段接头形式。以跨断层龙溪隧道为依托,采用振动台模型试验研究了单一错动方式与断层错动-震动综合加载方式下带有接头的衬砌结构响应。研究结果证明：强震作用下,地震波对穿越断层隧道的影响是不可忽略的,断层错动-震动综合加载方式是合理的;新型接头能够自身适应性变形协调减轻隧道结构震害,节段间接头的设置改变了隧道的变形形态,提高隧道整体抗震能力;同时减小了衬砌的环向破坏,消弱了节段间地震力的传递,实现了衬砌震害的局部化。由于接头的设置,上盘隧道结构震害集中在距断层1.8倍洞径的范围内,下盘处隧道衬砌震害集中在距断层1.2倍洞径范围内;上盘的衬砌震害主要是由错动-震动联合作用造成的,而下盘衬砌震害主要受地震动的影响。     

走滑断层位错作用下城市地铁隧道损伤分析

为了能够较快速、较准确地估计出穿越活断层城市地铁隧道的抗震薄弱部位,基于拟静力弹塑性有限元方法,以北京地铁7号线工程的区间隧道作为研究对象,采用数值模拟的方法研究了在走滑断层位错作用下地铁隧道的非线性反应。通过在数值计算模型中嵌入合理的损伤塑性本构模型,利用损伤指标研究了走滑断层下衬砌结构的破坏形式,重点分析了结构损伤的开始部位、发展过程以及最终的损伤程度,并建立了能够估计结构损伤范围及破坏最严重位置的统计关系式。结果表明,在走滑断层作用下衬砌结构出现损伤的区域主要发生在活断层附近一定范围内,拱腰部位的损伤最为严重;增加基岩上覆土层厚度能够减轻衬砌结构的破坏程度,当基岩上覆土层厚度大于等于临界覆盖土层厚度时可以不考虑走滑断层断裂对于浅埋隧道的影响。衬砌结构损伤区域长度与震级的大小和土层厚度有关,损伤最严重的位置随土层厚度的变化而改变。研究成果为穿越活断层地铁隧道的抗震设计和安全性评价提供了参考依据。     

浅埋双连拱隧道围岩-边坡体系变形机理及稳定性分析

双连拱隧道是一种新的隧道形式, 由于其整体跨度大、结构复杂、施工工序繁琐, 在地形偏压、地质条件复杂的情况下修建双连拱隧道难度较高, 尤其在洞口段容易出现衬砌开裂、边坡变形等一系列工程问题。结合安徽铜黄高速公路汤屯段富溪隧道进口段工程, 采用地质条件研究与数值模拟分析相结合的研究手段, 对复杂地质条件下偏压双连拱隧道围岩① 边坡体系在施工过程中应力应变发展过程进行了研究。综合分析表明, 富溪隧道进口段处于F5断层影响带内, 岩体呈碎裂结构,同时, 受到地形偏压影响, 隧道开挖后衬砌和围岩表现为沉降变形和侧向变形, 进口边坡在隧道围岩变形的诱导下, 表现为蠕滑- 拉裂变形破裂。根据以上研究成果, 提出了富溪隧道变形治理应以控制进口段隧道拱顶的变形为主。     

穿越断层隧道地震响应规律动力对比试验研究

为研究断层隧道在地震作用下的影响规律,开展了穿越断层隧道的振动台对比试验,介绍了试验材料、相似比选取及动力加载情况。试验表明：地震作用下衬砌腰侧的受力明显大于顶部和底部,在进行结构设计时应进行加强;隧道衬砌具有一定的加速度放大效应,衬砌结构的加速度傅里叶谱值主要集中于中低频,在结构临近破坏时,加速度和应变响应值将发生突变;隧道衬砌裂缝发展与结构位置密切相关,地震作用下底部裂缝由内向外发展,腰部裂缝由外向内发展;断层走向与隧道纵向夹角越小,地震对隧道的作用越大,裂缝的发育越明显;隧道的最终破坏形式为管节本身的纵向拉裂缝和管节接缝处的错台组成。该研究成果为穿越断层隧道的相关设计提供参考。     

滑坡治理工程的下托式抗滑桩-隧道组合体系

滑坡段隧道加固技术主要包括滑坡治理和隧道衬砌结构加固,且滑坡治理措施中以抗滑桩应用最为广泛。本文以襄渝线某隧道工程为依托,一方面利用FLAC3D计算分析下托式抗滑桩支档结构的加固效果;另一方面通过有无支挡结构隧道开挖工况监测数据分析。结果表明:（1）下托式抗滑桩支挡结构加固作用下,隧道开挖后衬砌变形明显减小,且改善了隧道衬砌的受力状态,尤其对衬砌仰拱处的受力模式改变显著,减小仰拱的变形破坏。（2）下托式抗滑桩支挡结构对隧道以下滑体的滑移和沉降有一定的限制作用,并对隧道与滑面相交处的土体受力状态有一定的改善。（3）下托式抗滑桩加固作用下,隧道衬砌的受力状态有一定改善,尤其对隧道与滑面处变形控制有较好的效果,在一定程度上可避免隧道发生剪切变形破坏。（4）桩-隧间距对隧道衬砌、滑体地表沉降以及滑带的变形都有着不同程度的影响,但与其位置有很大关系。     

金沙江“10·11”白格特大型滑坡形成机制及发展趋势初步分析

2018年10月11日,西藏昌都市江达县波罗乡白格村发生大规模滑坡,约有3165×104 m3的山体高速冲入金沙江形成堰塞坝,13日9时堰塞坝体被自然泄流冲开,堰塞湖威胁解除。11月3日,在时隔短短23 d后,该滑坡后缘约215×104 m3高位滑体再次发生滑动破坏,高速运动的滑体沿途铲刮坡体并冲入金沙江,再次形成堰塞坝。现场调查研究得出白格滑坡主要是受其后缘逆冲分支断层f₂（不整合接触面）控制,并在长期重力卸荷、降雨和地下水的反复浸润作用影响下,最终整体失稳破坏。通过对滑坡演化过程分析得出,其变形破坏过程可分为5个阶段,即:后缘蠕滑和沉降下错阶段（Ⅰ）、坡体裂缝发展、贯通阶段（Ⅱ）、整体启动"锁固端"剪断阶段（Ⅲ）、高速凌空滑跃阶段（Ⅳ）、碰撞、破碎、堆积成坝阶段（Ⅴ）。一期变形破坏机制模式可归结为蠕滑-下错-剪断-滑跃式,破坏方式表现为推移式,后期临空条件较好,破坏将以牵引式为主。在此基础上,结合残留强变形区块（K1、K2、K3）及其周边影响区形貌特征和变形迹象,对其变形破坏特征和发展趋势进行了预测分析,认为后期强变形区总体将以渐进解体方式破坏为主。     

香山天景山断裂带断层泥的微观研究及工程地震评价中的意义

断层运动是复杂多变的, 其运动在一条巨大的断裂带上经常以区段为活动单位, 为服务于工程建设和强震的预测, 划分出活断层运动区段的必要性越来越迫切。本文通过对香山天景山断裂带断层泥的微观特征研究, 结合断裂的几何特征综合分析, 认为该断裂的中段以粘滑活动为主, 东西两段主要是蠕滑。     

地表潜在断错位移的概率评价方法

目前跨活动断层的线状工程的抗断设防一般是以断层位错确定性评价为基础 ,考虑的是最大位错量 ,与抗御灾害的风险设计的实际要求不相符。本文将走滑断层上最大位错点的位置分布及最大位错点两侧的位错展布 ,与可产生地表断错位移的强震复发模型联合 ,构造出评估走滑活动断层各部位地表潜在断错位移的概率性评价方法。最后 ,以鲜水河走滑断裂中带西北部的松林口 -乾宁段为例 ,对其未来 10 0年潜在断错位移的危险性做出定量评估 ,可给出断层段上各点不同超越概率水平下的潜在位移。这一研究结果 ,可为跨断裂的线形工程进行抗御地表潜在断错位移的风险设计提供科学依据.     

强震作用下穿越断层隧道围岩力学响应研究

通常情况下,地下工程震害比地面建筑物震害较轻,但是在强震条件下,地下工程震害依然突出。2008年 512 汶川大地震(MS8.0)对地下工程造成了巨大破坏,尤其是穿越构造断裂带的铁路、公路隧道。本文采用三维离散元(3DEC)动力分析方法和实测汶川地震动记录,模拟研究了穿越断层的成兰铁路邓家坪隧道围岩在强震和断层共同作用下的动力响应过程。经过与实地调查的北川映秀断裂带地表破裂情况对比验证,模拟结果具有较高的可信度。结果表明:地震动荷载、断层等因素的共同作用改变了隧道围岩中的初始应力分布,进而引起断层附近隧道围岩应力累积、应力集中,最终导致了具有高度复杂性的渐进性断层破裂过程和隧道围岩破坏过程,这个过程可以定性地划分为5个主要阶段:弹性应力集中阶段、破裂起始阶段、破裂加速阶段、稳定破裂阶段和破裂逐渐停止阶段。本研究将有助于深刻认识在强震和断层共同作用下的隧道围岩动力响应过程,并对隧道安全性评价具有重大意义。     

准噶尔盆地南缘霍尔果斯和吐谷鲁断裂带断层泥分形特征与断裂活动关系

根据采集的天然断层泥样品 ,对准噶尔盆地南缘霍尔果斯和吐谷鲁逆断裂带中断层泥进行了显微构造、显微形貌和分形研究。研究结果表明 ,断层泥至少存在三期变形 ;同时断层泥和石英碎粒中既发育有线状擦痕、阶步等典型的粘滑活动显微构造 ,也发育有剪切滑动、定向排列等典型的蠕滑活动变形现象 ,说明了断裂活动的长期性和复杂性。断层泥的分形研究表明 ,霍尔果斯和吐谷鲁断裂带断层泥分维值分别在 2 .17～ 2 .6 3和 2 .76～ 2 .89变化 ,分维值与断层运动方式粘滑或蠕滑不存在因果关系。因此 ,断层泥分维值能否作为判别断裂活动方式值得进一步研究。     

渤海湾盆地黄河口凹陷东洼断裂体系发育特征及其变形过程的构造物理模拟

黄河口凹陷东洼是渤海盆地典型的盆缘洼陷,基于新一轮区域三维地震精细解释资料,采用构造解析与构造物理模拟技术相结合的方式,对黄河口凹陷东洼的断裂体系特征与构造演化过程进行研究.研究表明,受走滑和伸展变形的共同作用,研究了发育了以NNE-NE走向为主的走滑断裂体系和以EW-NEE走向为主的伸展断裂体系,断裂构造演化经历了孔店组-沙四段沉积时期的初始张扭裂陷阶段、沙三段沉积时期的走滑伸展裂陷阶段、沙一二段和东营组沉积时期的伸展萎缩持续走滑阶段、馆陶组和明化镇组沉积时期张扭变形阶段等4个阶段.其中,主走滑断层是在初始张扭裂陷阶段所形成的NE向伸展断层基础上持续活化而成;主伸展断层则形成于走滑伸展裂陷阶段的SN向伸展作用应力背景下.在伸展萎缩持续走滑阶段,各方位断裂在近SN向伸展作用下持续再活动,表现为走滑-伸展复合变形为主;在张扭变形阶段,先期主干断裂选择性活动,同时新生形成大量新近系的次级断层.      

鲜水河断裂带乾宁段蠕滑变形及局部粘滑变形的岩石学记录

鲜水河断裂带作为控制青藏高原物质大规模向东侧向挤出的北部边界，是中国乃至世界上大陆内部强震活动最频繁的断裂带之一，但大地测量学研究表明它具有广泛的浅部蠕滑变形行为。认识断裂带蠕滑与粘滑兼具的变形行为及其控制因素是评估鲜水河断裂带地震活动性的关键。本文以鲜水河断裂带乾宁段在四川甘孜州龙灯乡出露的宽约800m的岩石-构造剖面为研究对象，通过野外地质调查、室内光学显微镜及扫描电镜观察、粉末X射线衍射分析和微区X射线荧光光谱分析等方法，对断层岩的结构构造、矿物组成和地球化学性质开展详细研究。研究剖面由约100m宽的砂岩破碎带和约700m宽断层岩组成，广泛发育断层角砾岩和薄层且呈弥散式分布的断层泥，断层岩内普遍具有压溶构造，但局部断层岩具有快速滑动结构特征，表明断裂带在蠕滑变形过程中存在局部地震粘滑变形行为。断裂带内流体作用使断层岩中长石和白云母蚀变成以伊利石为主的粘土矿物(含量5%～11%),新生的粘土矿物在密集的面理中定向排列，促进了断层的弱化和在浅部(4km以上深度)的蠕滑变形。而在断裂带局部裂隙较为发育的位置，流体的注入导致了大量碳酸盐矿物(方解石和白云石，含量12%～33%)的沉淀和C...     

蠕滑断裂带岩石组成和构造特征分析:以龙门山灌县-安县断裂带为例

断裂蠕滑可以连续释放部分构造应力,但仍可能造成重大的地质灾害,甚至具有发生大地震的可能性。断层岩是断裂作用中的直接产物,其物质组成和内部构造可为揭示断裂带滑移机制提供关键信息。2008年M_w 7.9汶川地震中破裂的龙门山灌县-安县断裂带具有蠕滑性质,是探究大陆内部蠕滑断裂滑移机制的最佳案例。本文以龙门山灌县-安县断裂带地表探槽和深部钻孔的断层岩为研究对象,通过碎屑统计、X射线粉末衍射矿物分析、光学显微镜和扫描电镜观测,结果显示该断裂带断层泥碎屑含量和颗粒大小均小于断层角砾岩,其粘土矿物含量高达50%以上,且断层岩中普遍发育粘土-碎屑组构以及拖尾构造、似S-C组构等多种压溶构造。综合分析发现压溶作用、低摩擦系数物质以及颗粒滑移对灌县-安县断裂带的蠕滑变形都发挥着重要作用,并且三者相辅相成,因此认为灌县-安县断裂带的蠕滑过程主要是压溶作用和摩擦-颗粒滑移机制共同作用,该认识可更好地了解地震周期并为区域防震减灾提供科学依据。     

桥隧相连体系隧道洞口段动力响应研究

为了对桥隧相连体系隧道洞口段的抗震设计提供参考,通过大型振动台试验研究了桥隧相连体系隧道洞口段的破坏过程,并使用小波包变换对加速度响应信号进行了定量分析。研究结果表明：在地震动作用下,洞口段的破坏以拱顶边坡裂缝的产生为标志;桥隧相连体系中隧道洞口段不安全程度往往是拱顶最大,桥台次之,再而边坡,仰拱最小,但是实际工程中桥梁和隧道材料的强度和刚度相对较高,所以破坏往往先从坡体开始,然后才是拱顶和桥台部位,仰拱的破坏程度一般较小;低频成分（0.1～12.51 Hz）的地震波在洞口段边坡破坏过程中起主导作用,而且地震波从土体传播进入混凝土结构之前,由于不同材料界面处复杂的折射反射问题,低频成分会出现剧烈的变化;从低频成分能量占比变化的角度分析,洞口段边坡的破坏可分为3个阶段：小震作用下的弹性变形阶段,中震作用下的弹塑性小变形阶段,以及强震作用下的大变形破坏阶段。     

根据断层泥的微观特征探讨断层的活动性

含有粘土矿物的断层泥在断层中分布较广,且易于变形,能较好地记录断层活动的历史。本文以含有粘土矿物的断层泥为试样做粘滑、蠕滑模拟实验,将实验产物与原断层泥的显微结构特征相对比,结合宏观地震地质资料进行综合分析,认为断层泥的显微结构特征与断层的粘滑、蠕滑运动有一定的关系。      

甘肃南部坪定-化马断裂带锁儿头滑坡成因机制

甘南坪定-化马断裂是现今仍在活动的断裂,具左旋走滑性质。锁儿头滑坡沿坪定-化马断裂带发育,属典型的蠕滑型断裂带滑坡。野外调查及监测资料表明,锁儿头滑坡规模大,为巨型滑坡,其上发育多个次级小滑坡。滑坡体由断层破碎带、碎石土和堆积黄土组成。该滑坡变形强烈,拉张裂缝、剪张裂缝多见,目前处于蠕滑变形状态,是在内外动力耦合条件下形成的。活动断裂对滑坡的形成、发展起控制作用,而降雨则是滑坡复活的主要诱发因素。因此,对锁儿头滑坡成因机制的深入研究可为蠕滑型断裂带滑坡的预测防治提供理论依据。     

汶川特大地震中山岭隧道变形破坏特征及影响因素分析

汶川大地震造成位于震中附近的都江堰-汶川公路多座隧道严重受损。本文通过现场调研、资料收集与分析,将地震区山岭隧道变形破坏的基本类型概括为洞口边坡崩塌与滑塌、洞门裂损、衬砌及围岩坍塌、衬砌开裂及错位、底板开裂及隆起、初期支护变形及开裂等。分析其影响因素,认为发震断裂的次级断层、基覆界面、洞口不稳定斜坡、高地应力环境下的软弱围岩对隧道强烈震害具有控制作用。以汶川地震给予隧道抗震的启示,建议强震区的山岭隧道应将洞口边坡防护、洞口明洞和洞门结构作为一个系统进行综合设计,在条件允许的情况下尽可能采用削竹式洞门结构;隧道穿越活动断裂带的次级断层时在其两侧一定范围内二次衬砌应采用钢筋混凝土结构;基覆界面、围岩软岩与硬岩之间的过渡地带、围岩质量突变地带等应采用改善围岩力学性质且让其渐变的措施进行处理。     

青藏高原大型深层蠕滑型滑坡变形机制研究进展与展望

大型深层蠕滑型滑坡在青藏高原怒江、澜沧江、金沙江、岷江等地形地貌和地质构造复杂区极为发育,具有规模大、滑带深、渐进变形破坏显著等特点,按照滑坡空间结构主要有后缘洼地蠕滑型、顺层基岩蠕滑型和厚层松散堆积物蠕滑型等3种类型,往往表现为长期蠕滑-间歇性复活-整体滑动.通过梳理大型深层蠕滑型滑坡稳定性影响因素、滑带土工程地质力学性质、地下水渗流场特征与降雨诱发滑坡滞后性以及渐进变形破坏机制和动态稳定性等4个方面的研究进展,提出了3个关键科学问题与4个主要研究方向.建议加强深层滑带土在渗流场-应力场等多场耦合作用下的工程地质力学特性研究、加强剖析滑坡岩土体的非均质渗透特性及地下水分布特征分析,研究不同雨强和历时条件下降雨有效入渗机理,研究大型深层蠕滑型滑坡的降水入渗响应过程和降水诱发滑坡变形的滞后性,提出基于渐进变形破坏的滑坡动态稳定性评价方法,为地质灾害早期判识和综合防范提供理论依据.     

阿尔金断裂东段断层滑动方式的研究

采用宏观、微观相结合的方法 ,对阿尔金断裂东段断层滑动方式进行研究 ,结果表明 :(1)阿尔金断裂东段由多条羽列状次级断层所组成 ,相邻两次级断层间的夹角 :A段 15,B段 12,C段 5;(2 )断层物质具明显的组构现象 ,眼球状流动构造 ,较小的剪切破裂角等是阿尔金断裂东段断层蠕动的结果 ;(3)断层泥石英碎砾 SEM特征显示阿尔金断裂东段 Q3以来主要是蠕滑 ,但不同区段稍有不同。综上所述 ,阿尔金断裂东段断层活动主要是蠕滑 ,愈向东其蠕滑程度愈高。