滇西北地区断层破碎带宽度与断层错距的统计关系

本文以非粘土断层泥带宽度与断层错距在断层(带)发育中期线性相关的实验结果为依据,对滇西北地区断层破碎带宽度(W)与断层错距(D)的关系作了统计分析,目的在于建立一种从断层破碎带几何特征反演断层背景位移的新方法。通过对该区中等发育程度的33条断层48组样本的统计,得到相关性较好的D=18.5W的经验关系式,同时还就这一关系式的适用范围及影响因素进行了分析讨论。应用D—W关系,确定了直线型的剑川断裂中北段的背景位移分布,并提出断层的背景位移分布可作为断层分段的一个重要指标。

滇西北地区最大断层错距、破碎带宽度与断层长度的关系

本文对滇西北24条中小型走滑断层的40组端点距L_d与错距(D)的数据进行了回归分析,发现二者具有良好的线性关系,即L_d=2.75D-0.15。由该区的断层破碎带宽度(W)与错距(D)的经验统计关系,得出了由最大断层破碎带宽度(W_(max))估计断层长度的表达式,即L=101.75W_(max)—0.30。在本文中,还应用上述关系式对有争议的定西岭断裂南延趋势及剑川—白汉场断裂的长度作了定量估计。

基于地基梁理论的断层非线性错动下隧道纵向响应研究

为研究走滑断层错动作用下隧道结构的纵向响应,采用Pasternak双参数地基和弹性梁理论,建立穿越多破裂面断层隧道在断层强制位错作用下的纵向响应微分方程,通过数学方法求解获得隧道结构在断层位错作用下的纵向变形、内力响应,并通过模型试验和数值模拟对理论解析模型的有效性进行验证。在此基础上,采用理论解析模型对隧道结构纵向响应的影响因素进行敏感性分析。主要得出以下结论:1)理论解析模型计算得到的隧道纵向变形和弯矩变化趋势与模型试验和数值模拟结果完全一致,但数值上趋于保守;2)断层错动的位移形式和围岩-隧道结构的刚度匹配关系对隧道结构纵向响应的影响较大,应根据具体的断层破碎带形式选择合适的断层错动位移函数;3)随着围岩-隧道结构刚度比的增大,围岩对隧道结构的约束作用随之增大,隧道结构纵向内力集中现象增加,但受断层错动影响的范围减小,在具体工程设计中应结合施工成本、抢通时间等来选择合适的围岩-隧道结构刚度匹配关系。

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

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。

正断层错动下地铁盾构隧道变形破坏模型试验研究

为揭示跨隐伏断层地铁盾构隧道结构变形破坏特征,采用自主设计的模拟隐伏断层错动加载试验装置,开展1∶25几何比例的跨断层盾构隧道模型试验,分析正断层错动下盾构隧道的力学响应规律及变形破坏特征.试验结果表明:在2 cm正断层错动影响下,隧道纵向差异变形呈现非线性增大趋势,环缝接头张开变形主要位于断层下盘隧道拱顶及断层上盘隧道拱底,且环缝峰值张开量已超过盾构隧道接缝防水限值;断层延长线与隧道交界处管片直径收敛变形较为严重,该处管片呈现拱腰外侧受拉、拱顶及拱底外侧受压的受力状态;管片与地层之间接触压力受断层错动的影响较大,存在围岩挤压区与围岩松散区,但接触压力峰值相对较小;盾构隧道的主要变形破坏特征为环缝接头拉裂破损、管片纵向开裂及环缝接头变形,管片发生斜向剪切破坏及局部压溃破坏的概率较低.基于盾构隧道环纵向变形破坏特征,建议将管片环缝变形及接头混凝土拉裂破损作为界定跨断层盾构隧道结构破坏的主要控制指标.基于隧道的变形破坏模式,提出了跨断层盾构隧道结构设计及应对措施的建议.

有压引水隧洞多层柔性叠合衬砌对断层蠕滑错动的适应性研究

长距离输水隧洞工程建设很难避免穿越活动断层的问题,有压隧洞采用何种衬砌结构型式穿越活动断层迄今为止研究还不够深入。针对目前隧洞过活断层常用抗断措施存在的问题,结合有压引水隧洞自身的特点,提出了一种适合有压引水隧洞穿越活动断层的多层柔性叠合衬砌结构型式。依托某工程的实践情况,采用有限元数值分析方法论证了多层柔性叠合衬砌结构的可行性和合理性;同时分析了垫层厚度、垫层弹模对隧洞结构内力响应和抗断性能的影响。计算结果表明:垫层厚度越大,伸缩节总变形量越大,对于隧洞衬砌适应断层错动越有利;但当垫层厚度过大时,将对衬砌的受力产生不利影响,因此建议根据工程设防的断层错动量选择合适厚度的垫层,不必采用过厚的垫层。垫层弹模的变化对钢管应力的影响较为显著,综合考虑钢衬应力、混凝土损伤以及对断层错动的适应性能,建议选取3~5 MPa的垫层弹模最为合适。研究结果可为有压输水隧洞应对断层蠕滑变形时的结构设计提供参考。

考虑破碎带节理分布特征的隧道开挖诱发近断层错动随机性分析

隧道开挖往往会引起邻近断层错动,并进一步诱发岩爆、地震等灾害。然而,断层破碎带内部岩体物理力学特征复杂,不仅表现出非连续性、非线性和各向异性,还存在节理随机分布特征,隧道开挖诱发近断层错动机制仍不清晰。基于连续-离散耦合分析方法建立了含断层工程场地多尺度力学模型,采用基于离散单元法的人工合成岩体模型模拟断层破碎带,采用有限差分法描述断层上、下盘及内部隧道开挖影响下的宏观动力特征。开展了近断层隧道开挖多因素模拟,探究了断层岩体节理随机分布特征对近断层隧道开挖的影响规律。分析结果表明:破碎带内部节理随机性对隧道开挖诱发近断层错动影响显著;节理倾角均值越接近断层倾角,隧道开挖导致的近断层错动量越大;正交试验情况下,断层节理倾角方差对最终错动量均值大小影响较小;节理长度的均值和方差越大,断层破碎带越容易发生错动;节理密度越大,破碎带介质越破碎,断层带整体的强度和刚度越低,抵抗错动的能力也越弱。通过对比分析得出节理分布特征参数对断层错动量均值影响程度的排序分布:节理密度>节理倾角均值>节理长度均值>节理长度标准差>节理倾角标准差;且当显著性水平为0.05时,节理密度对断层错动量的影响达到显著水平(p<0.05)。

逆断层错动诱发铁路路基变形演化机制

针对断裂带震间蠕滑及同震黏滑错动会导致穿越活动断裂带铁路路基出现不均匀变形与裂缝的问题,通过自主研发的多角度、速率可控的L形边界断层错动室内模型试验装置以及数值仿真计算,分析考虑岩土体黏聚力与抗拉强度损失的联合损伤因子,揭示了不同断裂带倾角、不同断裂带与线路走向夹角情况下逆断层错动诱发路基及地基变形演化机制。结果表明:逆断层错动影响下,路基顶面竖向出现S形隆起,水平方向上路基整体呈现向断层固定盘方向的推覆变形;根据路基边坡变形特点,可将边坡划分为推覆变形区、推覆-鼓胀变形区、潜在不稳定区;逆断层错动下,断层错动盘上方破裂属张拉破裂,断层固定盘上方大面积破裂既由张拉变形所导致,也由剪切变形所导致,属拉-剪混合型破裂;对于地基深部静止区与楔形剪切区之间的弧形破裂,随着破裂逐渐向地表延伸,破裂性质逐渐由剪切破裂向拉-剪混合型破裂转化。

断层错动作用下盾构隧道结构易损性研究

为了研究活动断层错动导致盾构隧道结构失效概率模型,考虑断层属性、隧道几何特征以及断层与隧道位置关系等因素对盾构隧道力学响应的影响,以环缝接头变形及管片直径收敛变形率作为结构性能指标,通过一系列跨断层隧道拟静力数值分析以及回归分析,建立盾构隧道各性能指标与地面永久位移的关系,提出跨断层盾构隧道结构易损性分析流程,评估盾构隧道不同性能水准的超越概率,并和已有试验易损性及经验易损性曲线进行对比分析。结果表明:1)隧道与断层的位置关系、隧道所在地层变形模量对跨断层盾构隧道变形破坏程度的影响较大,其中穿越断层工况盾构隧道极易发生变形破坏,其次是上跨断层硬土工况,上跨断层软土工况中盾构隧道抵抗断层错动能力最强;2)针对跨断层盾构隧道结构失效特征,建议在开展结构易损性研究时以环缝接头变形作为主要性能指标。研究结果可为跨活动断层盾构隧道灾害评估及减灾技术提供理论指导。

不同断层错动因素对隧道影响研究分析

山岭隧道穿越活动断层时,断层错动对隧道造成较大影响。通过数值模拟,研究分析不同断层错动因素对隧道的影响,主要包括断层错动速度、断层破碎带宽度以及断层错动倾角。研究表明断层错动速度对隧道影响取决于断层错动量;断层宽度成倍增加时,断层错动对隧道结构影响不是正比例增加,但是会是线性增加。修建隧道时应该尽可能使隧道与断层成90°倾角通过。

跨活断层隧道组合支护结构断层错动响应模型试验研究

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。

地震动和断层错动联合作用下隧道纵向响应解析解

隧道穿越地震活动断层带时可能遭受严重破坏,以内马铁路一期三标段工程为依托,对地震动和断层错动联合作用下隧道结构纵向响应进行研究。针对穿越断层破碎带的隧道结构,基于地下结构抗震拟静力法,将其简化为弹性地基梁,并将地震动和断层错动位移简化为作用在隧道上的静荷载,建立地震动和断层错动联合作用下隧道纵向响应理论模型并进行求解,利用有限元数值模拟方法验证解析解的正确性。通过解析解进行参数敏感性分析,揭示断层错动位移、两侧围岩地基系数与断层破碎带地基系数比及围岩与隧道结构刚度比对隧道结构纵向响应的影响规律。研究结果表明,断层错动位移增加使隧道结构截面弯矩、剪力峰值接近线性增加,隧道内力沿隧道纵向分布的影响范围不变,且断层破碎带界面出现了截面剪力突变;两侧围岩地基系数与断层破碎带地基系数比对隧道结构截面剪力的影响较大,在地震动和断层错动联合作用下隧道结构剪力在断层破碎带界面急剧减小;随着围岩与隧道结构刚度比的减小,地震动引起的隧道挠度减小,断层错动作用引起的隧道挠度变化范围增大,同时隧道结构内力响应明显增大。

断层错动和地震动共同作用下跨断层隧道的损伤分析

大量的历史实例表明,跨断层隧道在地震中会受到严重的破坏。因此,跨断层隧道在断层错动作用下的破坏机理被广泛研究。然而,对在地震现象中占比最高的构造地震而言,断层错动和地震动是形影相随的,将两者分开考虑存在局限性。文章采用三维有限元模型模拟并量化了断层错动单独作用、地震动单独作用和断层错动-地震动共同作用三种加载方式下隧道结构的损伤情况,结合耗散能指标对断层错动和地震动共同作用对跨断层隧道的影响展开了分析。结果表明,在发生断层错动时,地震动对隧道的影响是不可忽略的,在分析中考虑地震动是必要的;断层错动和地震动共同作用时,由于累积损伤,地震动造成的破坏比地震动单独作用时明显加剧。

铰接参数对跨活动断层隧道抗错断效果影响研究

随着我国铁路建设的不断推进,山岭铁路隧道不可避免地会穿越活动断层区,而活动断层的错动会对隧道结构的安全性产生显著影响。为此,开展穿越断层隧道抗错断设计的相关研究具有重要的现实意义。铰接设计对跨活动断层区隧道衬砌的抗错断具有显著效果,为探究铰接参数对跨活动断层隧道抗错断效果的影响,以某铁路某跨走滑活动断层区隧道为背景,基于混凝土塑性损伤本构,建立三维弹塑性有限元模型。分析了断层错动时不同二衬节段长度、不同铰接缝宽度情况下二衬的损伤分布特征以及剪切应变大小。研究结果表明:百年最大错距30 cm作用下,无抗错断措施隧道二衬在错动面附近边墙处出现严重的受拉损伤,有贯通趋势,隧道拱顶与仰拱处产生严重的受压损伤,受压损伤因子有向两侧边墙贯通的趋势;铰接设计对隧道横向变形有较好的控制作用,可显著提升隧道的抗错断性能,且二衬节段长度越短,隧道抗错断效果越好,在隧道衬砌的铰接设计中,节段长度应不超过12 m;不同铰接缝宽度下隧道二衬的损伤情况基本一致,铰接缝宽度的变化对隧道抗错断效果并未产生明显影响,铰接设计中铰接缝宽度在满足要求的情况下应不大于0.3 m。

藏南错那拆离断层的活动时间限定及其构造意义

藏南拆离系(South Tibet Detachment System,STDS)是沿喜马拉雅造山带走向发育的一套伸展拆离系统,其形成过程与喜马拉雅造山带的隆升历史和演化过程密切相关,是研究印度-欧亚大陆碰撞造山过程中构造变形作用的重要对象。错那拆离断层(Cuona Detachment,CD)为STDS在错那地区的出露部分,其为一数千米宽的韧性剪切带,带内发育大量不同类型的淡色花岗岩,本文在野外大比例尺填图的基础上,在CD内识别出两期淡色花岗岩:早期同构造淡色花岗岩和晚期构造后淡色花岗岩,并分别对两期淡色花岗岩进行锆石LA MC-ICP-MS U-Pb分析测试。锆石U-Pb定年结果表明,CD在20Ma仍在持续活动,直到14.8~16.5Ma左右停止活动。同时结合前人研究结果,进一步探讨错那地区STDS演化过程以及其沿造山带走向上的差异性规律。沿着喜马拉雅造山带走向,不同地区的STDS的活动时间呈现出明显的差异性,本文认为STDS停止时间主要表现出由西构造结向东(如错那地区)逐渐变年轻的趋势。

双断层错动下隧道衬砌结构力学响应研究

从隧道穿越活化断层之间不同工况入手,建立穿越双断层隧道三维有限元模型,研究双断层错动(不同错动距离、不同间距)的隧道衬砌结构力学响应,对衬砌损伤定位。研究结果表明:随着双断层错动距离不断增加,隧道衬砌所受最大主应力逐渐增大,衬砌破坏范围不随错动距离增大而变化,破坏范围主要集中在断层面附近45~60 m范围内。在断层破碎带均为20 m的条件下,双断层间距大于或等于120 m以上时,隧道结构破坏仍存在过渡区域,可分区设置防护措施;当间距为90 m时,将会对隧道衬砌产生“叠加影响”,抗错断设防区域需将两断层包含在内。

跨断层工程结构研究中地震断层作用研究综述

强震断层地震动的破坏作用主要表现为断层破裂引起的方向性效应和断层盘间错动引起的滑冲效应。其中断层盘间的滑冲错动会使跨断层结构面临严峻的错断风险,是跨断层结构抗错断设计、分析和进行防灾减灾决策必须考虑的内容和前提。但目前有关跨断层工程结构设计地震动的确定尚缺乏统一的方法和规定。通过对近年来跨断层结构破坏机理研究中的输入地震动,尤其是模型试验中地震动的选取和加载方式的归纳与总结,分析了断层作用地震动选取和加载方法的特点与局限性。针对现阶段强震断层地震动选用和试验加载方式中存在的问题进行探讨,提出断层作用下设计地震动的选取思路和方法,以期为跨断层工程研究输入地震动的选用提供借鉴,也为强震断层地震动模拟方法的研究提供参考。

穿越活动断层隧道铰接设防宽度估算方法研究

考虑穿越活动断层隧道错断后可能发生的“S”型、上凸型、下凹型3种位移模式,推导出了隧道节段转角模式,进而求得隧道铰接设防宽度的估算方法。对比分析了节段伸长和节段相对转角两种变形对铰接设防宽度的影响,认为铰接设防宽度主要取决于节段相对转角。进一步分析了错动量、断层宽度、节段长度、位移模式曲线、铰接材料等相关参数对铰接设防宽度的影响。分析结果表明:铰接设防宽度与断层错动量、节段长度呈正相关关系,与断层宽度呈负相关关系;同时计算了3种位移模式在断层宽度170 m、隧道直径13 m、错动量0.2 m、设防节段长度8 m时的铰接设防宽度,并对比了相同条件下其他铰接设防宽度计算方法的结果,其结果均相近。研究成果可为穿越活动断层隧道铰接抗错设计提供一定参考。

过活断层倒虹吸地面压力管结构型式比较研究

以往对过活断层倒虹吸地面压力管道研究,往往只单独研究钢衬钢筋混凝土管和明钢管两种结构型式,具体哪种管型更为合适尚无比较。采用有限元方法,通过建立地面钢衬钢筋混凝土管和明钢管两种管道有限元模型,对比分析了两种管道型式过活断层倒虹吸在断层蠕滑变形、黏滑变形以及地震作用下的位移和应力。研究结果表明:①钢衬钢筋混凝土管和明钢管管线中布置多个波纹管伸缩节后,均能较好适应断层蠕滑变形;②两种管道结构位于主断层范围的波纹管伸缩节在断层黏滑变形作用下变形均在100 mm以上,设计难度大;③地震作用下,在主断层范围内的钢衬钢筋混凝土管虽然位移大,但地震引起的应力较小,而明钢管在固定支座处的受力情况明显恶化;④综合多种工况的计算结果,钢衬钢筋混凝土管的受力情况比明钢管更优秀,但明钢管具备运行期检修复位的条件,两种管道方案各有优劣,应根据工程具体需求合理选择管道结构型式。

煤矿断层错动型冲击地压研究现状与发展趋势

为深入认识断层错动型冲击地压复杂的致灾机制、降低采矿过程中冲击事故的发生率,通过梳理国内外文献,系统总结和分析了国内外在断层错动型冲击地压方面的研究进展及成果.介绍了国内外一些矿山发生断层错动型冲击地压的严峻形势,并汇总了国内部分煤矿该类型冲击地压实例;从断层活化机制及其判别准则、断层错动型冲击地压理论、发生条件及其孕育过程等4个方面着重分析了断层错动型冲击地压的致灾机制;总结了断层错动型冲击地压的监测预警方法,并介绍了一些具有代表性的可用于断层错动型冲击地压预测预报的监测预警技术及其工程应用情况,包括断层错动型冲击地压监测预警与防治体系、BMS-II型微地震监测系统、多参量实时联合监测预警系统和深部钻孔应变观测技术;论述了断层错动型冲击地压防控技术,包括区域性防御措施和局部解危措施等;在分析以上问题的同时,又提出了一些新的理论观点、见解和建议.最后,指出了当前断层错动型冲击地压研究存在的一些不足,并对该类型冲击地压未来研究的发展趋势进行了多方面展望.