黏滑断层隧道减错缝位置对减错效果影响分析

研究目的:以某交通隧道为依托,开展1:30黏滑断层隧道抗错断模型试验,通过提取断裂黏滑错动过程中接触压力、衬砌应变和应力,对比分析不设置减错缝(工况A)、减错缝与错动面交错设置(工况B)、减错缝设置在错动面位置(工况C)三种工况的减错效果,探求实际隧道工程中最优减错缝设置位置。研究结论:(l)减错缝设置于不同位置减错效果为:A <B <C;减错缝的设置能有效降低纵向应变97. 27%,主拉应力31.04%,主压应力62.19%,接触压力88.43%,提高衬砌结构安全系数7. 41倍;(2)工况C较工况B减错提升效果为:纵向应变28. 81%,主拉应力57. 74%,主压应力42. 20%,接触压力31.73%,安全系数1.96倍;(3)实际工程可在不增加成本条件下,确保减错缝与黏滑断层错动面位置一致,以达最优减错效果;(4)本研究成果可为黏滑断层隧道的减错结构设计和施工提供参考。

高烈度地震区黏滑断层隧道减震层减震模型试验研究

为提高高烈度地震区黏滑断层隧道的抗震性能,依托都汶高速龙溪隧道F8黏滑断层段,开展了不同厚度减震层的大型静力断层黏滑错动试验和强震震动动力试验,对强震作用下黏滑断层隧道减震层减震技术进行研究。研究结果表明:强震作用下断层黏滑错动对隧道上盘部分的影响程度及影响范围均大于下盘部分,隧道上盘部分是抗震设防设计的重点段落;隧道设置10 cm减震层的减震效果明显优于隧道设置5 cm减震层和15 cm减震层的减震效果,推荐布设厚度为10 cm的减震层。研究成果对提高高烈度艰险山区穿越黏滑断层隧道的抗震性能提供了技术支撑。

黏滑断层隧道减错措施参数对减错效果的影响分析

为提高黏滑断层隧道的结构安全性和稳定性,对黏滑断层隧道设置不同缝宽减错缝、不同刚度减错层的减错效果进行研究。研究结果表明:断层黏滑错动对上盘隧道的影响远大于下盘;减错缝对上盘部分隧道结构的减错效果优于下盘,其中上盘减错效果最大为24.50%,下盘减错效果最大为9.26%;减错层对下盘部分隧道结构的减错效果略优于上盘,其中下盘减错效果最大为105.32%,上盘减错效果最大为78.07%;随着减错缝宽度的增加,隧道上盘减错效果变好,下盘缝宽10—15cm减错效果最好;随着减错层弹性模量的增加,隧道上下盘减错效果降低,当减错层弹性模量增加到一定程度(约100MPa),减错效果趋于稳定。研究成果可为黏滑断层隧道的减错结构设计及施工提供参考。

强震区黏滑断层隧道刚柔相济抗减震技术模型试验研究

为研究强震区黏滑断层隧道刚柔相济抗减震技术,依托都汶高速龙溪隧道F8黏滑断层段,开展了静力断层黏滑错动试验和大型三方向六自由度强震震动试验,通过对试验数据的分析,主要研究了上下盘隧道结构的纵向应变、接触压力和内力。试验结果表明:施设减震缝后,沿纵向隧道结构纵向应变及接触压力增加倍数由剧烈变化变为较均匀变化;采用结构加强抵抗断层黏滑错动和强震震动对隧道结构的影响,效果有限;通过施设减震缝抵抗断层黏滑错动和强震震动的影响,效果明显,隧道结构纵向应变抗减震效果97%以上,接触压力抗减震效果86%以上,安全系数最小值增加5倍以上;强震区黏滑断层隧道采用刚柔相济抗减震措施进行设防,可大幅提高隧道结构的安全性,安全系数最小值增加8倍以上。研究成果可为强震区黏滑断层隧道抗减震设防设计提供参考。

黏滑断层隧道刚柔并济抗减错技术研究

为提高强震区黏滑断层隧道的结构安全性和稳定性,以都汶高速友谊隧道F1黏滑断层段为研究背景,对黏滑断层隧道采用刚柔并济抗减错技术进行研究。研究结果表明:采用结构加强措施抵抗断层黏滑错动影响,结构位移抗减错效果不显著,结构内力的平均抗减错效果在23%~33%之间;施设减错层有利于消减断层黏滑错动对隧道结构的影响,其拱顶沉降、边墙收敛抗减错效果分别达到20%以上,结构内力平均抗减错效果在37%~47%之间,优于结构加强措施;刚柔并济抗减错措施在抵抗及消减断层黏滑错动影响方面效果显著,其拱顶沉降、边墙收敛抗减错效果均能达到30%以上,而结构内力平均抗减错效果达到80%以上。研究成果可为强震区黏滑断层隧道抗震减灾设防设计提供参考。

跨黏滑断层隧道纤维混凝土衬砌抗错断技术研究

为提高跨黏滑断层隧道的结构安全性和稳定性,以都汶高速友谊隧道F 1黏滑断层段为研究背景,通过采用纤维混凝土衬砌对跨黏滑断层隧道抗错断技术进行研究。结果表明:同体积纤维掺量条件下,混杂纤维混凝土(SBFRC)立方体抗压强度比纤维混凝土(SFRC)略低,SBFRC抗折强度比SFRC略高;断层黏滑错动对隧道上盘的影响大于下盘;纤维混凝土衬砌对下盘隧道结构的抗错效果优于上盘隧道,SFRC二衬平均抗错效果为12.22%,SBFRC二衬平均抗错效果为15.81%。研究成果可为黏滑断层隧道的结构设计及施工提供参考。

穿越黏滑错动断层隧道减震层减震技术模型试验研究

为研究断层黏滑错动因素影响下隧道初支和二衬之间设置减震层的减震技术,开展了不同减震层厚度的大型模型试验。首先制定了试验方案,主要包括相似系数、试验装置及材料、试验分组及测试方案。然后,介绍了试验过程。最后,对试验数据进行了分析,主要从结构内力、纵向应变及接触压力3个方面进行研究。试验结果表明:断层黏滑错动对上盘部分的影响远大于下盘部分;减震层对上盘部分隧道结构的减震效果明显好于下盘;减震层(10 cm)工况减震效果明显优于减震层(5 cm)和减震层(20 cm)工况,推荐使用在初支与二衬之间设置厚为10 cm减震层的减震方式。研究成果对于穿越黏滑断层隧道的减震设计及减震技术有着重要的意义。

断层黏滑动态变形过程的实验研究

实验研究断层黏滑过程的变形演化,尤其是失稳黏滑瞬间的断层位移演化特征,对于了解地震从孕育到发生的全过程具有重要意义.本文基于数字散斑相关方法(digital speckle correlation method,DSCM),用三套图像采集系统(两套低速和一套高速图像采集系统)搭建了断层黏滑过程的多观测区域、多时间尺度的变形场测量系统,并用此系统对一种花岗岩双剪滑动模型的黏滑过程进行了实验研究.对间黏滑期和黏滑期断层位移演化特征进行深入分析的结果表明:间黏滑期断层位移演化体现出空间上的非均匀性和时间上的"趋同化"特征,断层滑动趋同化也许是断层错动匀阻化的一种宏观表现形式;断层黏滑动态过程持续时间非常短(本文300mm断层黏滑过程持续时间约在1ms量级),黏滑失稳前会出现预滑,预滑出现到黏滑失稳发生所经历的时间与黏滑失稳过程所用时间相差一个量级;断层的一次黏滑由若干个滑动速度不同的、小的失稳滑动组成,黏滑失稳过程中断层的滑动速度呈现出波动性,整个滑动过程中断层经历了多个高速滑动和低速滑动的交错.

逆断层黏滑错动对跨断层隧道影响机制的模型试验研究

为指导隧道穿越活动断层时的抗错断设计,避免逆断层黏滑错动造成跨断层隧道结构的严重破坏,以棋盘石隧道为工程背景,通过1∶50相似模型试验,研究逆断层黏滑错动所引起的山岭隧道破坏模式,分析隧道和地层变形过程及破坏特征,得到以下结论:1)逆断层错动在断层迹线附近地层形成剪切带,剪切带沿着断层线略微凸向试验装置上盘的弧线方向发展。2)断层错动对试验装置上盘内隧道变形破坏的影响大于下盘,最大土压力和最大纵向应变主要分布在上盘隧道中;土压力和纵向应变变化规律相似,均随错动位移的增加而不断增加。3)隧道最终破坏为逆断层下的剪切破坏,局部伴随张拉破坏,剪切破坏主要表现为变形缝两侧隧道衬砌脱落和纵向裂缝;断层错动对隧道影响区域主要集中在断层破碎带及附近2 D(D为隧道洞径)区域,尤其是试验装置上盘部分,在跨断层隧道的设计阶段需引起足够重视。

不同温度场下断层黏滑失稳过程模拟

随着国家对深部工程开发的需求增大,深部高岩温条件下断层黏滑失稳过程的演化规律和形成机制亟待研究.为此,本文借助离散元数值模拟手段,构建热力耦合数值模型,对6种不同温度场条件下的断层黏滑力学行为进行了详细研究,探究了不同温度场对断层黏滑失稳过程的影响机制.结果表明:随着温度场的不断上升,断层黏滑的破坏形态以及破坏模式均发生改变;断层黏滑次数、启滑应力以及启滑应力降整体上随温度上升,呈现不断下降的变化趋势;断层黏滑能量耗散以摩擦滑动为主;断层启滑时,总应变能与温度呈正相关,耗散能与温度呈负相关.

跨断层隧道纤维混凝土衬砌抗错断技术研究

研究目的:纤维混凝土在隧道黏滑断层抗错断设计方面鲜见报道,为提高跨黏滑断层隧道结构的安全性和稳定性,以某隧道F1黏滑断层段为研究背景,对跨黏滑断层隧道素混凝土与不同纤维混凝土衬砌结构条件下抗错断作用效果进行对比分析,以提出适宜黏滑断层隧道纤维混凝土衬砌抗错断技术。研究结论:(1)同体积纤维掺量条件下,SBFRC立方体抗压强度比SFRC略低,SBFRC抗折强度比SFRC略高,相差5%以内,SBFRC、SFRC抗压强度和抗折强度可近似相等;(2)断层黏滑错动对隧道上盘的影响大于隧道下盘;(3)下盘内纤维混凝土衬砌结构的抗错效果优于上盘,SFRC二衬平均抗错效果为12. 22%,SBFRC二衬平均抗错效果为15. 81%,SBFRC衬砌结构抗错断效果较SFRC抗错断效果提升29. 4%;(4)本研究成果对黏滑断层段隧道纤维混凝土衬砌设计具有指导意义。