断层错动是造成跨断层隧道结构变形过大甚至破坏的主要因素，国内外学者关于断层错动开展了不少研究，但多针对管线破坏机理，关于跨断层隧道破坏机理的研究较少。本项目针对逆断层粘滑错动问题，通过案例调研、物理模型试验、数值计算及理论分析等手段，研究错动位移下围岩变形、跨断层隧道变形破坏特征，分析逆断层粘滑错动下隧道破坏时的错动位移量以及破坏过程、形态、区域，揭示断层倾角等关键因素对隧道结构破坏形态及破坏范围的影响规律，提出逆断层粘滑错动下隧道结构破坏机理；对比分析不同铰接衬砌节段长度、剪切缝宽度等对结构变形、破坏的影响，提出隧道结构的抗错断合理设计参数。主要结论如下： 1）逆断层粘滑错动时围岩断裂面为一向下盘发展的曲面，断裂起始角与断层倾角相同，随错动量增加逐渐产生分叉，形成三角剪切带；断层水平传播距离、次断层发展高度以及三角剪切带最大宽度与断层倾角呈正比关系，断层传播到地表所需的错动位移与断层倾角无关，不同埋深条件下断层传播引起围岩变形差异不大； 2）随错动量增加上盘围岩压力发生明显增幅，上盘距断层线0.8倍断面高度处围压最大、下盘距断层0.8倍断面高以外的区域围压趋于稳定；埋深越大，上、下盘及断层带围压差异越明显，埋深104m隧道拱顶最大土压力是埋深30m隧道的3.25倍； 3）隧道结构可视为一弹性地基梁，承受弯曲、剪切与挤压组合作用，顶、底部外侧受压，拱腰外侧受拉，上盘存在一个反弯点，受影响区域为断层两侧共4.8倍断面高度范围；断层倾角是影响隧道纵向稳定性的主要因素，倾角越小，稳定性越差； 4）结构表现为直接剪断型破坏、张拉-挤压型破坏、张拉-挤压-剪切破坏三类，断层倾角由75°变为45°时，结构由直接剪断型破坏过渡为张拉-挤压型破坏，破坏区域分别集中在断层两侧1.1倍、1.4倍、1.8倍断面宽度范围内； 5）依托工程合理抗错断设计参数：仰拱半径15m、C25二衬、厚55cm、变形缝间距10m、变形缝宽度0.5m。 6）研究成果已初步应用于棋盘石隧道工程。 2100433B

逆断层粘滑错动是地震造成跨断层隧道结构严重破坏的主要因素，国内外学者关于逆断层粘滑错动下管线的破坏机理、设计措施的研究较多，但是一般隧道断面尺寸相对管线要大得多，所表现出来的破坏模式也不同，关于逆断层粘滑错动下跨断层隧道破坏机理的研究较少。课题拟结合典型地震逆断层粘滑错动（如汶川地震、台湾集集地震）所引起的山岭隧道破坏模式，通过1：50物理模型试验和数值方法研究错动位移下地层变形、隧道与围岩接触压力、衬砌表面的环向、纵向应变以及裂缝的发生、发展过程，分析逆断层粘滑错动变形下上覆山岭隧道发生破坏时的错动位移量以及衬砌结构的破坏过程、方式以及区域，建立逆断层粘滑错动下上覆隧道的破坏机制与准则，提出抗错断的隧道结构刚度设计方法。同时，课题还拟对断层倾角、围岩性质、隧道埋深、衬砌刚度、隧道轴线与断层夹角对隧道结构破坏机理、形态以及破坏范围进行敏感性分析。

能产生大震和具有以下至少一点特征的活断层是能动断层：

在3.5万年以来至少产生过一次近地表或在地表发生的运动。

发生过地震运动（3.5级或者更高），并且有仪器测定的记录其精确度能够证明地震运动与断层有直接关系。

对于能动断层来说，断层一边发生地震运动，另一边也会受到影响。

仪器记录到历史上有小震活动产生，且跟断层有关。

能动断层（capable fault）

可能引起地表或近地表明显错动的断层。2100433B

环状断层断层研究的内容

断层活动总会在产出地段的有关地层、构造、岩石或地貌等方面反映出来，形成了所谓的断层标志，这些标志是识别断层的主要依据。

环状断层地貌标志

断层崖　由于断层两盘的相对滑动，断层的上升盘常常形成陡崖，这种陡崖称为断层崖。盆地与山脉间列的盆岭地貌是断层造成一系列陡崖的典型实例。

断层三角面　断层崖受到与崖面垂直方向水流的侵蚀切割，乃形成沿断层走向分布的一系列三角形陡崖，即断层三角面。

环状断层地貌标志

错断的山脊　往往是断层两盘相对平移的结果。

横切山岭走向的平原与山岭的接触带 往往是规模较大的断裂。

串珠状湖泊洼地 往往是大断层存在的标志。这些湖泊洼地主要是由断层引起的断陷形成的。

泉水的带状分布　往往也是断层存在的标志。

念青唐古拉南麓从黑河到当雄一带散布着一串高温温泉，是现代活动断层直接控制的结果。

水系特点　断层的存在常常影响水系的发育，引起河流的急剧转向，甚至错断河谷。

环状断层构造标志

如果线状或面状地质体在平面上或剖面上突然中断、错开，不再连续，说明有断层存在。右下图示断层造成的构造线不连续现象。为了确定断层的存在和测定错开的距离，在野外应尽可能查明错断的对应部分。

构造强化是断层可能存在的重要依据。构造强化现象包括有：岩层产状的急变和变陡；突然出现狭窄的节理化、劈理化带；小褶皱剧增以及挤压破碎和各种擦痕等现象。　构造透镜体是断层作用引起构造强化的一种现象。断层带内或断层面两侧岩石碎裂成大小不一的透镜状角砾块体，长径一般为数十厘米至二、三米。构造透镜体有时单个出现，有时成群产出。构造透镜体一般是挤压作用产出的两组共轭剪节理把岩石切割成菱形块体后，其楞角又被磨去形成的。包含透镜体长轴和中轴的平面，或与断层面平行，或与断层面成小角度相交。 在断层带中或断层两侧，有时见到一系列复杂紧闭的等斜小褶皱组成的揉褶带。揉褶带一般产于较弱薄层中，小褶皱轴面有时向一方倾斜，有时陡立，但总的产状常常与断层面斜交，所交锐角一般指示对盘运动方向。

断层岩的发育和较广泛产出也是断层存在的良好判据。

环状断层地层标志

地层的重复和缺失是识别断层的主要依据。

环状断层岩浆活动与矿化标志

大断层尤其是切割很深的大断裂常常是岩浆和热液运移的通道和储聚场所，因此，如果岩体、矿化带或硅化等热液蚀变带沿一条线或带断续分布，常常指示有大断层或断裂带存在。一些放射状或环状岩墙也指示放射状断裂或环状断裂的存在。

环状断层岩相和厚度标志

如果一个地区的沉积岩相和厚度沿一条线发生急剧变化，可能是断层活动的结果。断层引起岩相和厚度的急变有两种情况：一种情况是控制沉积盆地和沉积作用的同沉积断层的活动，引起沉积环境沿着断层发生明显变化，岩相和厚度因而发生显著差异；另一种情况是，断层的远距离推移，使相隔甚远的岩相带直接接触。 查明和确定断层是研究断层的基础和前提。在地质调查中，应注意观察、发现和收集指示断层存在的各种标志和迹象，同时结合其他地质条件和背景加以综合分析。2100433B