基于数值模拟断层错动对输水隧洞结构的影响研究

文章依据经过地震断裂带隧洞工程实例,利用有限元软件建立了考虑不同断层错动的隧洞有限元模型,并根据断层错动类型和错动位移大小进行了正交数值试验。结果表明：断层错动在不同工况下的应力分布在同一截面中趋势基本一致。拱顶和拱底最大主应力峰值均出现在隧洞位置附近。逆冲断层错动主要在对隧洞拱底产生影响,倾向滑移断层错动主要对隧洞拱顶产生影响,走滑断层错动不区分拱底、拱顶,两者最大主应力在数值和变化规律上基本保持一致。三种断层错动中,走滑断层错动对隧道的影响范围最大,影响程度也最为严重,倾向滑移断层错动次之。     

活动断裂对隧洞变形响应特性的影响研究

长距离跨流域调水工程是解决水资源短缺与社会经济高质量发展之间矛盾的必然选择，由于受到地形和地质条件的限制，通常需要跨活动断裂建设长距离输水隧洞。为了全面、准确地认识活动断层的错断对输水隧洞变形破坏特性的影响，以滇中引水工程的关键控制性工程——香炉山输水隧洞为例，基于隧洞关键部位的位移与相对变形、最大主应力、纵向等效内力等指标，对断层带倾向、夹角、宽度、岩体力学参数等因素进行参数分析。结果表明：断层带走向与隧洞夹角以及断层带倾角越大，对隧洞衬砌变形受力状态越有利，当隧洞必须要跨越活动断裂时，其相交角度较大为宜；在相同错动量的前提下，断层宽度越小，对隧洞变形越不利；在断裂带两侧岩体质量条件和错动量不变的前提下，随着断裂带岩体质量的提升，隧洞受到的错动作用更加显著。研究成果可为相关隧洞工程建设提供参考。     

走滑断层作用下跨断层隧洞破坏机理研究

中国西部地区断层带分布广泛,使得西部地区隧洞建造过程中不可避免穿越活动断层。为研究不同因素对隧洞衬砌结构的影响,根据滇中引水工程香炉山引水隧洞穿越断层的活动形式,采用数值模拟方法模拟不同工况下走滑断层错动引发的隧洞衬砌变形及受力,由此得到断层错动量、断层带宽度、断层带围岩强度及断层倾角这4个主要因素对衬砌结构的影响程度。结果表明:(1)断层错动量、断层带宽度、断层带围岩强度及断层倾角4个因素对衬砌影响的程度依次减弱。(2)隧洞衬砌在走滑断层错动作用下的变形模式呈"Z"字形分布。(3)断层破碎带范围内的剪力较大,衬砌弯矩分布沿隧洞纵向方向呈中心对称,在断层界限处达到弯矩最大值,衬砌中点的弯矩为0。(4)位于断层带处的隧洞衬砌洞顶及洞底应力分布受敏感参数影响的变化较大,隧洞衬砌两端的压应力较小;左右拱腰的纵向应力沿衬砌中间截面迹线呈对称分布,最大压应力出现在断层界限处,因此断层界限应该成为隧洞抗错断的控制重点。     

过活动断裂隧洞抗错断适应性结构响应分析

输水隧洞作为长距离跨流域调水工程的关键控制性工程为缓解经济布局与水资源分布之间的区域矛盾发挥着巨大作用。而我国西南高烈度地区地质构造复杂,活动断裂分布密集,导致输水隧洞工程不可避免地需要穿越多条活动断裂带建设。针对滇中引水工程香炉山隧洞过活动断裂带,开展隧道适应性结构在断层错动条件下的影响校核。以龙蟠—乔后断层F10-1为代表,基于隧洞关键部位的位移、相对变形、最大主应力和纵向等效内力等指标,评估活动断层对香炉山隧洞抗错断适应性结构的影响,并基于数值计算验证其在减小衬砌内力与变形方面的作用。结果表明受走滑为主的断层运动影响,隧洞的一侧边墙表现为受拉状态,拉应力较小,约为5 MPa;铰接缝的最大法向变形与切向变形均位于断层带中央节段之间;铰接设计这一适应性结构的存在有效改善了衬砌在错动条件下的受力状态。研究成果可以直接应用于穿越活断层输水隧洞的工程设计与施工,为相关工程隧洞建设提供有利支撑。     

隐伏活断层断裂错距近似计算

对于地震区内的隐伏活动断层,设计设者最关心的问题是这些隐伏活动断层在工程使用期内是否会发生错动[1]、地层断裂错动值及其可信度,本文将分别加以论述。一、国内近代地震断裂错距近似计算地震断裂错距不仅与震级有关,而且与发震地点的客观条件密切相关,如地震地区     

跨活断层隧洞抗错断技术模型试验研究

长大隧洞工程不可避免地要跨越活动断裂带及其影响区域,为减少因断层错动而导致的隧洞结构破坏,抗错断设计是隧洞设计的重要内容。以滇中引水工程香炉山隧洞为背景,对包括铰接设计、扩挖-缓冲层设计以及铰接-扩挖-缓冲层在内的3种抗错断措施进行模型试验研究;从衬砌内部破坏、隧洞整体破坏、衬砌应变方面,对上述3种抗错断措施抗断效果进行了验证评估。研究结果表明：(1)从隧洞衬砌结构内部破坏特征来看,铰接设计与扩挖-缓冲层设计都可以对衬砌起到保护作用。(2)从隧洞整体变形和裂纹分布来看,使用铰接设计增大了隧洞在断层带区域的变形程度,但减小了衬砌本身的破坏;使用扩挖-缓冲层设计不仅减小了隧洞在断层带区域的变形,同时也相对减小了对衬砌本身的破坏,经铰接-扩挖-缓冲层设计的隧洞变形几乎只出现在铰接处,衬砌破坏更小。(3)从隧洞纵向应变分布规律来看,扩挖设计和铰接设计都减小了衬砌的应变,其中铰接设计对衬砌应变的减弱最为突出。相关研究成果可为跨活断裂隧洞实际工程中抗错断方案的选用提供参考。     

浅谈南水北调西线工程隧洞穿越活断层的处理对策

南水北调西线调水工程存在区域性断裂，隧洞穿越活断层在所难免。活断层对隧洞工程的危害有蠕动破坏和错动破坏。穿越活断层处的结构应设计成柔性的复合衬砌结构。根据研究，初步提出了三种复合衬砌方案，以适应西线不同滑动速率的活断层。     

引通济安深埋隧洞穿越北川 — 映秀断裂工程地质问题分析

引通济安工程引水隧洞穿越北川—映秀断裂，该断裂为活动断裂，历史上曾发生过２００８年汶川８．０级大地震，对引水隧洞的稳定性有直接影响。为确保工程抗震设计的科学性和工程运行的安全性，通过分析工程区内北川—映秀断裂的分布、性状及地应力特征，提出了断层极端工况下粘滑位错量与断层未来百年蠕滑量，为分析评价隧洞工程稳定性及抗断处理提供了依据，为本区及邻区类似地下工程的开展提供了参考。     

香炉山隧洞龙蟠—乔后断裂带西支蠕滑特性与位错模式

为了全面认识活动断裂蠕滑运动的位错规律,以滇中引水工程香炉山隧洞的龙蟠-乔后西支断裂带(F10-1)为工程依托。综合地质条件、岩性参数和力学特征,建立F10-1的地质概化模型。研究整个服务周期内,断裂带的错动变形规律。考虑不同破碎带宽度和不同断层倾角的影响因素,分析其位错变形特征和位移梯度,并讨论隧洞的稳定性。结果表明：断裂带的位错模式较为相似,呈现“坡面”型。强度较大的错动盘呈现平动的位移模式,位移主要发生在软弱岩层的破碎区。随着服务年限增加、破碎带宽度增大和断层倾角减小,破碎带位移随之增加。由上影响带与破碎带交界面位移可知,隧洞的左肩窝位置存在较大变形(除30°和50°,其最大变形位于隧洞左侧);由位移梯度分布规律可知,位移梯度呈现先增加后减小的“单峰”分布特征,且峰值位于破碎区。峰值大小随着服务年限和断层倾角的增大而增大,随着破碎带宽度的增大而减小。研究成果可以为滇中引水工程隧洞的安全建设提供有力的支撑。     

错动带对导流隧洞围岩稳定影响的3DEC模拟

在水利工程导流隧洞施工中,层间错动带是影响导流隧洞围岩稳定性的主要地质构造之一。研究层间错动带对导流隧洞开挖和支护的影响,对评价其围岩稳定具有重要的工程意义。以西南某水电站导流隧洞施工为例,采用离散元3DEC软件模拟了导流隧洞层间错动带洞段的开挖和支护情况,并结合现场监测资料,对层间错动带洞段的应力变化特征进行了分析,论证其支护方案的可行性。模拟结果可供类似的工程参考借鉴。