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工程力学 2018年第7期35卷 194-207页

作者：石吉森凌道盛徐泽龙黄博浙江大学软弱土与环境土工教育部重点实验室杭州310058 浙江大学岩土工程研究所杭州310058 东京大学工业科学研究所日本1538505

基于设计的断层错动装置和PIV技术,研究了倾斜场地条件下逆断层错动导致上覆土体破裂的过程,重点分析了场地倾斜对破裂带的扩展规律、土体变形和地表变形等的影响。研究结果表明:随着场地倾斜程度增大,破裂带露头时的基岩错动位移也随... 详细信息

基于设计的断层错动装置和PIV技术,研究了倾斜场地条件下逆断层错动导致上覆土体破裂的过程,重点分析了场地倾斜对破裂带的扩展规律、土体变形和地表变形等的影响。研究结果表明:随着场地倾斜程度增大,破裂带露头时的基岩错动位移也随之增大;不同倾斜场地的破裂带露头倾角均与Rankine理论预测结果更为一致,而Roscoe理论和Vermeer理论的预测结果均有较大误差;断层错动过程中上盘土体应变(剪应变、正应变和等效应变)均大于下盘土体;随着地表倾斜程度增加,露头时刻地表位移和地表位移梯度均随之增大;同时,结合现场实测数据,对建构筑物与断层的避让距离的研究表明:相较于下盘,上盘地表建构筑物的断层避让距离应更大;而随着场地倾角由正变为负,上盘地表建构筑物的避让距离还应增大。

关键词：倾斜场地模型试验逆断层错动破裂带粒子图像测速技术(PIV)

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基岩逆断层错动引起的上覆土体变形预测

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工程地质学报 2016年第6期24卷 1255-1261页

作者：黄辉核工业华南工程勘察院厦门361000

基岩逆断层错动引起上覆土体变形会导致地表及地下建筑的破坏,相应的变形预测模型仍较为缺乏,相关因素的影响规律尚未掌握。本文通过补余误差方程来表征逆断层错动引起的上覆土体变形,建立可预测不排水条件下上覆土体的变形理论计算模型... 详细信息

基岩逆断层错动引起上覆土体变形会导致地表及地下建筑的破坏,相应的变形预测模型仍较为缺乏,相关因素的影响规律尚未掌握。本文通过补余误差方程来表征逆断层错动引起的上覆土体变形,建立可预测不排水条件下上覆土体的变形理论计算模型,并通过离心机实验数据、数值模拟数据加以验证。对比分析结果表明,补余误差方程能表征基岩逆断层错动所引起的地表及地表以下土体变形。参数分析结果表明:基岩错动量的幅值对地表不均匀隆起区域范围的影响并不显著;形状参数的增加会使得地表不均匀隆起区域趋向集中;断层倾角的增加会使得地表不均匀隆起区域向断层上盘一侧偏移。

关键词：逆断层错动土体变形理论预测地震

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地铁隧道跨逆断层支护结构抗错动影响分级评价研究

地铁隧道跨逆断层支护结构抗错动影响分级评价研究

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作者：盛越西南交通大学

学位级别：硕士

活动断层粘滑错动下隧道灾变行为、结构动力学响应和开裂破坏机理以及支护结构体系抗错断设防控制是隧道穿越活断层修建和运营期间亟待解决的关键科学问题。面对在活动断层场地建设地铁隧道的问题,往往建议采用“避绕”的方案,对于无法... 详细信息

活动断层粘滑错动下隧道灾变行为、结构动力学响应和开裂破坏机理以及支护结构体系抗错断设防控制是隧道穿越活断层修建和运营期间亟待解决的关键科学问题。面对在活动断层场地建设地铁隧道的问题,往往建议采用“避绕”的方案,对于无法“避绕"的隧道工程,仍没有形成合理、完善的结构设计体系。为研究不同断层错动量级下隧道支护结构设计参数合理性,本论文以乌鲁木齐轨道交通l号线为工程依托,采用资料调研、理论分析与数值模拟相结合的方法,主要作了以下研究工作：(1)结合现有工程技术条件,提出了分段铰接设计、扩大净空、消能构造、加强刚度及新材料运用等五种隧道抗断层错动设计理念。针对分段铰接中变形缝的设计,讨论了三种不同的构造形式及力学简化模型。并就变形缝与断层错动面相对空间位置,对比分析了力学差异及对净空扩大量影响。(2)运用ANSYS有限元分析软件,建立整体式地铁隧道地层结构模型,研究初期支护结构在不同断层错动量作用下的力学响应规律,得出隧道抗断层错动设防范围,进一步根据初期支护力学特征将设防范围分区厘定主控区和影响区。(3)运用弹性力学理论,推导了初期支护与二次衬砌间相互作用弹簧刚度理论计算公式,并根据工程实际参数计算出相互作用弹簧刚度理论值。针对变形缝的防水隔断设计,建立分段式隧道三维荷载—结构模型,对比分析不同衬砌厚度、不同分段长度的分段式隧道在断层错动作用下的变形特征、应力特征、裂缝分布和典型截面内力,并评价其在各断层错动量下安全性,得到支护结构错动量分级评定。综合给出乌鲁木齐轨道交通1号线穿越八钢—石化逆断层支护结构相关建议参数。(4)根据设防区内地铁隧道结构相关参数,考虑衬砌配筋要求,建立分段式隧道分离式荷载—结构模型,运用数值分析计算设防区段各衬砌节段裂缝宽度及分布,细观分析主控区和影响区衬砌裂损状态。进一步结合地铁隧道在断层作用下的破坏形态,给出震后维修加固措施。

关键词：地铁隧道逆断层错动分段式衬砌结构设防分区抗错动分级评价维修加固

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跨活断层隧道组合支护结构断层错动响应模型试验研究

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铁道科学与工程学报 2023年第6期20卷 2173-2187页

作者：丁祖德王顺国陈誉升任志华刘正初昆明理工大学建筑工程学院云南昆明650500 云南省公路科学技术研究院云南昆明650051 中铁二院昆明勘察设计研究院有限责任公司云南昆明650200

依托某穿越活断层隧道工程,研发1︰25比例尺多功能断层错动模拟试验装置,开展跨活断层隧道组合支护结构的逆断层错动响应模型试验,针对不同的断层错动位移,研究逆断层错动下隧道组合支护结构的力学响应和破坏特征。试验结果表明:逆断层... 详细信息

依托某穿越活断层隧道工程,研发1︰25比例尺多功能断层错动模拟试验装置,开展跨活断层隧道组合支护结构的逆断层错动响应模型试验,针对不同的断层错动位移,研究逆断层错动下隧道组合支护结构的力学响应和破坏特征。试验结果表明:逆断层错动下,隧道结构竖向位移沿纵向呈“S”形分布,结构竖向位移及收敛变形主要分布在断层破碎带及其临近区域,主要影响范围约3.1L(L为隧道衬砌节段长度,480 mm)。随着错动位移的增加,衬砌节段位移差以及竖向相对位移均呈非线性增大,错台现象更加明显。结构应变、结构与围岩的接触压力主要集中在断层破碎带区域,在错动面处发生突变,应变和接触应力峰值均与断层错动位移呈正相关。隧道拱顶纵向应变以外侧受拉、内侧受压为主,仰拱则以外侧受压、内侧受拉为主,且仰拱受断层错动的影响以及对断层错动位移的敏感性均高于拱顶。隧道环向应变沿隧道轴向的分布因结构部位不同而有所差异,整体表现为竖向的向内挤压变形和横向的被动向外变形。结构各区段的接触压力分布规律有所不同,在错动面及断层区域,衬砌与围岩之间存在明显挤压作用,而远离断层错动面的衬砌节段,衬砌与围岩之间存在相互脱离的趋势。隧道组合支护结构断错破坏具体表现为错台、开裂和局部剥落等特征,主要集中于错动面附近的破碎带及上盘区域,主要位于仰拱、墙脚以及边墙等部位。

关键词：山岭隧道组合支护结构逆断层错动模型试验位移响应破坏特征

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逆断层隧道混杂纤维混凝土衬砌抗错断性能研究

逆断层隧道混杂纤维混凝土衬砌抗错断性能研究

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作者：王紫薇中南大学

学位级别：硕士

随着铁路网不断拓宽,我国铁路隧道建设面临的工程环境日益复杂,部分工程所处地质条件恶劣,不少工程位于易发生断层错动等地质灾害的不良地段,而混杂纤维混凝土可以显著改善结构性能。目前,针对钢—聚丙烯混杂纤维在隧道衬砌抗错断性能... 详细信息

随着铁路网不断拓宽,我国铁路隧道建设面临的工程环境日益复杂,部分工程所处地质条件恶劣,不少工程位于易发生断层错动等地质灾害的不良地段,而混杂纤维混凝土可以显著改善结构性能。目前,针对钢—聚丙烯混杂纤维在隧道衬砌抗错断性能方面的研究较少,基于此本文展开逆断层错动下钢—聚丙烯混杂纤维混凝土在隧道衬砌中的研究。本文通过文献分析钢—聚丙烯混杂纤维混凝土单轴拉压曲线,得到了考虑基体混凝土强度的修正公式,同时以有限元软件ABAQUS中的混凝土损伤塑性模型(CDP)模型为依托,设计了40组考虑混杂纤维掺量和长径比的变量表,通过数值模拟研究了钢—聚丙烯混杂纤维的抗错断性能,并且通过改变断层参数研究了不同断层条件下的性能异同,最后进行了组合抗错断模拟分析,所得结论如下:(1)首先明确了单轴拉压曲线的机理,并结合文献研究对钢—聚丙烯混杂纤维混凝土的单轴拉压曲线进行了基于基体混凝土强度的修正;其次确定了基于Najar损伤理论的损伤变量计算方法,利用MATLAB计算并输出相应的损伤参数;最后分析了CDP模型的机理,明确了该模型输入参数的选取方式,由此考虑了纤维长径比和掺量的变化,设计全因素变量组,方便后续分析纤维变量对衬砌结构的影响,结果表明,这种模拟方式可以在数值模拟中有效体现材料特性。(2)模拟结果表明逆断层对错动带附近80m的隧道衬砌力学性能影响明显,且极值位于靠近错动面处。错动条件一定时,各力学指标纵向分布规律随着纤维变量变化不显著,但极值会随之变化。逆断层错动引起衬砌上盘顶部和下盘底部纵向受拉,上盘底部和下盘顶部纵向受压,衬砌侧边受剪,拱脚处拉压损伤最为严重。随着纤维各参数值得增加,应力极值有所增加,而纵向应变、剪应变和拉压损伤极值有所减小,即随着参数增加,衬砌承载力增加,因断层导致的变形和损伤程度减小。(3)衬砌应力、应变及损伤指标极值与材料参数取值相关性不同,与钢纤维掺量、长径比和聚丙烯纤维掺量综合选取相关性最大,且复掺效果显著好于单掺效果。复掺时,钢纤维特征值和聚丙烯纤维掺量取值不能都过大,否则会产生负效应,且经济性与力学性能并不匹配;同时钢纤维长径比和钢纤维掺量也存在显著交互作用,建议当ρ取1.9%时,l/d取60;l/d取80时,ρ取1.2%。对于单掺两种纤维的情况,定义一个界限特征值λ,当钢纤维特征值小于该值时则选择单掺聚丙烯纤维,否则选取单掺钢纤维,且由该值得拱脚部位力学相应敏感,因此可以考虑分部位设计掺入参数。(4)改变逆断层错动条件,可得当断层竖向错动位移超过10cm、错动倾角超过50°、隧道埋深小于20cm时,随着错动位移和错动倾角的增加以及隧道埋深的减小,衬砌力学性能随之显著变化,但是随着混杂纤维各参数值增加,相应的极值会逐渐减小,因此建议取各参数较大值,在材料有限时,建议优先增加钢纤维掺量,且要对拱脚部位进行重点防护。而当错动位移超过30cm时,需要增加其他防错断措施。(5)将钢—聚丙烯混杂纤维与抗震缝结合起来进行组合防错断可以取得比单一措施更好的效果,相比较单一的混杂纤维衬砌,加入组合抗震缝后,逆断层错动引起的纵向应变、塑性应变以及拉压损伤因子极值都有减少,而且随着纤维各参数的增加进一步减小,因此当错动超过30cm时可以将这两种措施结合起来抗错断。图148幅,表12个,参考文献109篇

关键词：钢—聚丙烯混杂纤维隧道衬砌逆断层错动组合抗震缝力学性能抗错断

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