基岩断层错动下上覆地层破裂演化与穿断层隧道灾变机制试验研究OA

基岩断层错动是诱发地下结构震损的关键致灾因素。针对城市浅埋明挖矩形地铁隧道穿越活动断层这一典型工况,基于自主设计的可调倾角错动模型箱,开展了几何相似比为1∶80的半结构物理模型试验。通过设置正断层、逆断层及不同断层倾角(45°、60°)共4种工况,揭示了基岩断层错动下上覆砂土的破裂延伸规律及穿断层矩形隧道的破坏机制,并将试验结果与基于对数螺旋曲线建立的破裂延伸路径预测模型进行对比。结果表明:(1)正断层错动下上覆土层初始破裂角及地表破裂角均大于逆断层,正断层剪切带宽度小于逆断层;(2)隧道结构的存在显著改变破裂路径和位移场,正断层条件下破裂路径趋近直线、剪切带变窄,逆断层条件下破裂路径在隧道附近显著趋缓、剪切带展宽;(3)隧道破坏均表现为以受拉断裂为主,正断层条件下破坏发生于下盘截面,逆断层条件下破坏发生于上盘截面;(4)同一断层倾角下正断层隧道破坏所需错动量小于逆断层,且基岩断层倾角越大隧道破坏所需错动量越小。此外,基于对数螺旋曲线建立的破裂延伸路径预测模型与自由场试验结果吻合较好,初始与地表破裂角相对误差均在12%以内。研究成果可为穿越活动断层带的城市地铁隧道抗错断设计提供理论参考。