逆断层错动下ECC衬砌结构非线性力学响应分析

依托穿越活动断层隧道工程,建立断层−围岩−隧道结构相互作用的力学模型,开展逆断层错动下纤维增强水泥基复合材料(ECC)衬砌和传统钢筋混凝土(RC)衬砌非线性力学响应及抗错性能分析。研究结果表明:逆断层错动下2种衬砌呈现出基本一致的变形及损伤分布规律。衬砌变形沿纵向呈“S”形分布,衬砌损伤主要位于断层及临近断层的隧道上盘,上盘范围内隧道变形及损伤受错动位移的影响明显大于下盘。衬砌破坏表现为压剪和拉剪破坏模式。断层倾角越大,ECC衬砌损伤分布范围越窄,破坏区域越集中,极限错动位移越小。ECC衬砌极限错动位移及损伤分布范围随着断层宽度的变大有所增加。相同断层参数和错动位移下,ECC衬砌损伤分布范围和损伤程度明显小于RC衬砌,呈现出优异的变形适用性和抗错性能。

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。