正断层错动下山岭隧道衬砌结构力学响应分析

以某穿越断层隧道为背景,开展断层错动下高韧性水泥基复合材料(ECC)衬砌与传统钢筋混凝土(RC)衬砌的数值模拟分析,研究了断层错动量、断层倾角、断层宽度及错动形式等参数对隧道衬砌力学响应的影响规律。研究结果表明:正断层错动下,ECC和RC衬砌变形损伤规律相似,衬砌沿隧道轴向呈“S”形分布,损伤主要集中在断层破碎带及活动盘(下盘)范围内。随着错动位移的增加,衬砌损伤程度及范围迅速增大,最终以拱顶及拱肩等典型部位拉裂破坏为特征;随着正断层倾角的增大,衬砌损伤区域逐渐向断层错动面集中,衬砌所能适应的极限错动位移有所增加;随着正断层宽度的增加,衬砌极限错动位移和损伤分布范围呈现出先快速增大后趋于稳定的趋势;衬砌破坏模式和变形适用性随断层错动形式不同而异,正断层错动下表现为张拉破坏,而逆断层错动下以压溃破坏为主;与逆断层错动相比,正断层错动下衬砌所能承受的极限错动位移更小;相同断层参数下,ECC衬砌的变形适应性、抗错性能及损伤容限明显优于RC衬砌,在极端受力情况下抗错断性能更突出。