正断层错动作用下矿山法隧道受力变形机理的模型试验研究

作     者：武哲书 孙文昊 陈峻博 王天强 王琦 陈立保 WU Zheshu;SUN Wenhao;CHEN Junbo;WANG Tianqiang;WANG Qi;CHEN Libao

作者机构：中铁第四勘察设计院集团有限公司武汉430063 水下隧道技术国家地方联合工程研究中心武汉430063 西南交通大学土木工程学院成都610031 

出 版 物：《铁道标准设计》 (Railway Standard Design)

年 卷 期：2024年第68卷第1期

页      面：146-154页

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 080104[工学-工程力学] 0815[工学-水利工程] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：中铁第四勘察设计院集团有限公司科研开发课题(2019K037) 中国博士后科学基金资助项目(2021M693698) 

主　　题：海底隧道 矿山法隧道 断层错动 正断层 模型试验 铰接设计 脱空区 

摘      要：为研究正断层错动作用下矿山法隧道的受力变形机理,以胶州湾第二海底隧道穿越沧口断裂为工程背景,采用自研的大比尺穿越断层隧道结构破坏加载试验装置,针对设置柔性连接变形缝和变形缝间距对隧道结构抗错断效果的影响,开展几何相似比为1∶40的矿山法隧道穿越倾角70°的正断层错动模型试验,对错动试验过程中的隧道变形、应变分布、围岩接触压力和破坏特性等关键指标进行监测,分析获得了正断层错动作用下隧道变形和力学响应规律。研究结果表明:(1)隧道在正断层错动作用下,呈现纵向拉弯+竖向挤压的受荷模式,在下盘邻近断层面处拱顶部位和上盘邻近断层面处仰拱部位出现脱空区;(2)隧道开裂主要以纵向贯通裂缝为主,近断层面处衬砌还出现了部分斜向裂缝和环向裂缝;(3)节段间的连接形式和节段长度不会根本上改变隧道在断层错动作用下的受荷模式和变形模式,但节段间刚度越小,节段长度越小,结构对于地层强制位错的适应性就更好;(4)相比于刚性连接,节段间的柔性连接吸收了大部分地层强制位错,有效降低衬砌节段的荷载和变形,使结构趋于安全。