正斷層錯動下烏魯木齊地鐵1號線隧道結(jié)構(gòu)受迫影響研究

孫 飛，張志強(qiáng)，秦 昌

(1.西南交通大學(xué) 交通隧道工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610031； 2.西南交通大學(xué) 土木工程學(xué)院，四川 成都 610031)

因我國西部地區(qū)斷裂構(gòu)造密集的地理特征，隨著西部城市地鐵的修建，地鐵隧道將不可避免地要穿越活動斷層破碎帶。斷層錯動對隧道工程的影響主要表現(xiàn)為錯動破壞和地震破壞[1]。斷層錯動會在短時間內(nèi)使隧道結(jié)構(gòu)出現(xiàn)很大的受迫變形及應(yīng)力，對隧道工程的安全與穩(wěn)定造成巨大隱患。因此，研究斷層錯動作用對地鐵隧道結(jié)構(gòu)的影響，成為保障隧道工程安全的關(guān)鍵性課題。

近幾年國內(nèi)外已出現(xiàn)一些斷層錯動影響隧道結(jié)構(gòu)受力的研究成果。劉學(xué)增等[2-3]通過幾何相似比1∶50的正斷層錯動模型試驗(yàn)及數(shù)值模擬，研究了在不同錯動位移條件下分段式隧道結(jié)構(gòu)受力、圍巖壓力分布以及塑性應(yīng)變；雷軍等[4]對烏鞘嶺隧道F7斷層區(qū)段各項應(yīng)力和收斂變形進(jìn)行了監(jiān)測，分析了圍巖、襯砌受力及變形變化趨勢；黃強(qiáng)兵等[5-7]通過縮尺幾何相似比為1∶5的地裂縫活動模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬計算，研究了西安地鐵2號線隧道正交穿越地裂縫帶的設(shè)防參數(shù)、地裂縫對地鐵隧道的影響機(jī)制及病害控制方法；熊煒等[8-9]通過有限元方法探討了正斷層環(huán)境下公路山嶺隧道結(jié)構(gòu)的受力及變形規(guī)律；邵潤萌等[10]通過建立有限元模型對不同類型斷層在錯動作用下導(dǎo)致的隧道工程損傷及巖土失效擴(kuò)展機(jī)理進(jìn)行了研究；鄭升寶等[11-12]分析了大量穿越斷層隧道的破壞情況，對隧道因斷層活動而受到破壞的特點(diǎn)做了總結(jié)。

這些既有研究成果中仍存在一些不足：數(shù)值分析中一般多采用連續(xù)模型，無法表征“斷層面附近隧道與圍巖的接觸關(guān)系在錯動發(fā)生時的變化”，導(dǎo)致數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)際不符；現(xiàn)有試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷谋壤叨驾^小，特別是缺乏對隧道縱向尺度方向的考慮，導(dǎo)致試驗(yàn)所獲得的隧道結(jié)構(gòu)破壞范圍存在顯著誤差；模型中對于斷層的模擬，均未在裝備上消除“機(jī)械摩擦”，無法保證斷層錯動的有效性。

本文以烏魯木齊地鐵隧道穿越九家灣活動斷層工程為依托，考慮活動斷層錯動作用下地層—隧道結(jié)構(gòu)的相互作用，建立慣性力—強(qiáng)制位移連成作用的地層荷載結(jié)構(gòu)模型，采用“接觸面”模擬“斷層面”及“圍巖與隧道相互作用面”的力學(xué)行為；在大比例尺跨活動正斷層隧道剪切錯動模型試驗(yàn)中，研制大比例、高精度、寬控速的斷層錯動室內(nèi)同步加載試驗(yàn)裝置，最大程度降低室內(nèi)模型試驗(yàn)中邊界效應(yīng)的不利影響，使室內(nèi)試驗(yàn)工況更貼近實(shí)際工況；通過數(shù)值模擬與模型試驗(yàn)相結(jié)合的方法，研究不同斷層錯動量下隧道結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變的分布規(guī)律，探明隧道結(jié)構(gòu)受迫行為及破壞范圍。

1 工程概況

九家灣活動斷層組分布在九家灣一帶的中更新世洪積臺地上，主要由4條走向NE(北偏東45°～60°)、呈大致等間距平行排列的1組正斷層構(gòu)成。每條正斷層表現(xiàn)為由傾向相對的正斷層構(gòu)成地塹構(gòu)造，主斷層面傾向NW，傾角(60°～85°)較大。斷層在地表形成北低南高的斷層陡坎和寬數(shù)米至數(shù)十米、深1.0～2.5 m的斷層溝槽地貌。斷層地表破裂保留較完整清晰，經(jīng)勘察認(rèn)定為全新世活動斷層，未來有百年內(nèi)產(chǎn)生地震地表錯動的可能。

2 模型建立及參數(shù)選取

取斷層面前后各100 m范圍建立計算模型，模型長×寬×高為200 m×40 m×40 m，隧道埋深取15 m，斷層傾角取60°。斷層破碎帶位于隧道線路上方且寬度較窄，可將斷層破碎帶簡化為斷層面考慮，土體假設(shè)為理想彈塑性材料，采用Drucker-Prager屈服準(zhǔn)則，變形縫假設(shè)為理想彈性材料。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB 50010—2002《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》的規(guī)定，對襯砌混凝土自定義彈塑性應(yīng)力—應(yīng)變本構(gòu)關(guān)系。初期支護(hù)混凝土等級為C25；對于二次襯砌混凝土，考慮鋼拱架、鋼筋網(wǎng)共同作用，其強(qiáng)度等級取C45，并采用整體式配筋方法研究裂縫分布特征。隧道二次襯砌每25 m設(shè)置1處變形縫，變形縫寬度0.1 m。模型前后、左右邊界施加水平位移約束，上部邊界為自由邊界，底部邊界施加豎向位移約束。模型縱向劃分100份網(wǎng)格，網(wǎng)格縱向間距為2 m，變形縫及其附近網(wǎng)格有一定程度加密。由此建立的有限元模型和模型網(wǎng)格如圖1所示。

圖1 有限元模型及網(wǎng)格劃分

隧道采用復(fù)合式襯砌，圖2為雙接觸面單元示意圖，接觸面采用擴(kuò)展拉格朗日法計算，其中，接觸面①為斷層上下盤接觸面，其接觸行為設(shè)定為可滑動但不分離模式，以還原斷層面上的錯動力學(xué)行為；接觸面②為初支與圍巖接觸面，其接觸行為設(shè)定為可分離模式[13-14]。根據(jù)資料調(diào)研可知，斷層錯動后在斷層面處的初支與圍巖會發(fā)生脫空[15]，因此采用可分離接觸面還原脫空區(qū)隧道結(jié)構(gòu)受力特征。

模型中圍巖及襯砌參數(shù)根據(jù)烏魯木齊軌道交通1號線地勘報告以及《鐵路隧道設(shè)計規(guī)范》確定?？紤]圍巖加固措施的加固效果，提高了圍巖的黏聚力和內(nèi)摩擦角，加固區(qū)圍巖的彈性模量、黏聚力按提高20%～30%考慮。不考慮水的作用。參考工程勘測資料并結(jié)合相關(guān)規(guī)范，各材料物理力學(xué)參數(shù)見表1，接觸面模擬計算參數(shù)見表2。

圖2 雙接觸面工作模式圖

結(jié)構(gòu)及材料重度/(MN·m-3)彈性模量/GPa泊松比內(nèi)摩擦角/(°)黏聚力/kPa圍巖 2.000.100.302550加固區(qū) 2.000.120.302360初期支護(hù) 2.4528.00.20二次襯砌 2.4533.50.20變形縫單元1.000.007 80.47

表2 接觸面模擬計算參數(shù)

設(shè)置斷層錯動量(以下簡稱為錯距)分別為10，20，30 cm，模擬分析3種錯距下隧道襯砌的變形、受力及塑性區(qū)分布。

3 數(shù)值模擬結(jié)果

3.1 隧道襯砌變形及圍巖壓力

圖3為錯距30 cm時地層及隧道結(jié)構(gòu)整體變形示意圖，圖4為不同錯距時隧道襯砌變形放大圖。由圖3和圖4可知：斷層錯動后，隧道襯砌沿著縱向發(fā)生了“S”狀彎曲形變以適應(yīng)錯距；上盤仰拱近斷層面處出現(xiàn)了明顯脫空；下盤近斷層面處拱頂與圍巖也有脫空現(xiàn)象；隨著斷層錯距的增大，脫空區(qū)范圍也逐漸增大。

圖3 錯距30 cm時地層及隧道結(jié)構(gòu)整體變形示意圖

圖4 不同錯距下隧道襯砌變形放大圖

圖5為不同錯距時二次襯砌豎向位移沿隧道縱向距離的分布曲線，圖中，橫坐標(biāo)的縱向距離，以斷層處為0點(diǎn)，往右側(cè)下盤方向取正，往左側(cè)上盤方向取負(fù)；縱坐標(biāo)的豎向位移，以豎直向上為正，以豎直向下為負(fù)。由圖5可知：隨著錯距增大，二次襯砌豎向位移逐漸增大；隨著縱向距離的增加，二次襯砌豎向位移也逐漸增大，且以下盤的豎向位移最為明顯。

圖5 不同錯距時二次襯砌豎向位移沿隧道縱向距離的分布曲線

圖6為不同錯距時隧道拱頂、仰拱圍巖壓力沿隧道縱向距離的分布曲線。由圖可知：斷層面處圍巖壓力最大，且在上盤仰拱及下盤拱頂出現(xiàn)一段圍巖壓力為0的區(qū)域，即為脫空區(qū)；隨著斷層錯距的增大，脫空區(qū)范圍有所增大。但由于有限單元法采用連續(xù)介質(zhì)假設(shè)，且實(shí)際城市淺埋地鐵由于所處圍巖條件差，隧道頂部圍巖在自重作用下有發(fā)生塌落的可能，拱頂圍巖最終可能只達(dá)到松散的程度，拱頂脫空并非必然出現(xiàn)。

圖6 不同錯距時拱頂和仰拱處圍巖壓力沿隧道縱向距離的分布曲線

3.2 隧道二次襯砌應(yīng)力

1)縱向應(yīng)力

由于計算過程中考慮了二次襯砌開裂，開裂會導(dǎo)致應(yīng)力釋放，即開裂處縱向應(yīng)力很小(接近0)，該區(qū)域即為結(jié)構(gòu)受拉開裂范圍。

圖7為不同錯距時拱頂和仰拱處二次襯砌縱向應(yīng)力沿隧道縱向距離的分布曲線，圖中拉應(yīng)力為正，壓應(yīng)力為負(fù)。由圖可知，二次襯砌縱向應(yīng)力具有反對稱性質(zhì)，即上盤仰拱、下盤拱頂靠近斷層面處襯砌縱向應(yīng)力為0，表明該區(qū)域襯砌混凝土受拉開裂；隨著錯距的逐漸增大，上盤仰拱和下盤拱頂處開裂范圍逐漸增大，上盤拱頂及下盤仰拱處壓應(yīng)力也逐漸增大。

圖7 不同錯距時拱頂和仰拱處二次襯砌沿隧道縱向距離的縱向應(yīng)力分布曲線

圖8為不同錯距時二次襯砌裂縫分布云圖，表3為裂縫開裂長度表。由圖8和表3可知：二次襯砌開裂范圍隨錯距的增大而增大；當(dāng)錯距達(dá)到30 cm時，上盤仰拱開裂長度為52 m(6.9D)，下盤拱頂開裂長度為40 m(5.4D)，可見上盤二次襯砌開裂范圍大于下盤。

圖8 不同錯距時二次襯砌裂縫分布云圖

錯距/cm上盤開裂長度/m上盤裂縫貫通長度/m下盤裂縫貫通長度/m下盤開裂長度/m1034(4.6D)5(0.7D)2(0.3D)26(3.5D)2044(5.9D)11(1.5D)5(0.7D)34(4.6D)3052(6.9D)18(2.4D)10(1.3D)40(5.4D)

2)最小主應(yīng)力

圖9為錯距30 cm時二次襯砌最小主應(yīng)力云圖，由圖可知，二次襯砌最小主應(yīng)力峰值出現(xiàn)在斷層面拱腳點(diǎn)。圖10為不同錯距時二次襯砌拱腳(右側(cè))沿隧道縱向距離最小主應(yīng)力變化曲線，由圖可知，拱腳處二次襯砌最小主應(yīng)力在斷層面處出現(xiàn)峰值，且在斷層錯動作用下，拱腳最小主應(yīng)力隨錯距的增大而增大。

圖9 錯距30 cm時二次襯砌最小主應(yīng)力云圖

圖10 不同錯距時二次襯砌拱腳(右側(cè))最小主應(yīng)力沿隧道縱向距離分布曲線

3)剪應(yīng)力

圖11為不同錯距時隧道二次襯砌剪應(yīng)力分布云圖。由圖可知，斷層面處拱腳點(diǎn)襯砌剪應(yīng)力最大。圖12為不同錯距時拱腳處二次襯砌最大剪應(yīng)力沿隧道縱向距離分布曲線，由圖可知，當(dāng)斷層錯距分別為10，20，30 cm時，拱腳處最大剪應(yīng)力分別為4.81，7.44，9.49 MPa，均大于C45標(biāo)號混凝土抗剪強(qiáng)度設(shè)計值(2.8 MPa)，極可能發(fā)生剪切破壞。

圖11 錯距30 cm時二次襯砌中剪應(yīng)力分布云圖

圖12 不同錯距時拱腳處二次襯砌剪應(yīng)力沿隧道縱向距離分布曲線

3.3 隧道二次襯砌塑性應(yīng)變分布

圖13為不同錯距時二次襯砌塑性應(yīng)變分布云圖，由圖可知，上盤拱頂、下盤仰拱、斷層面近拱腳區(qū)域均出現(xiàn)塑性應(yīng)變，最大值出現(xiàn)在斷層面處拱腳，峰值達(dá)到337×10-6。由隧道二次襯砌應(yīng)力分析結(jié)果可知，上盤拱頂、下盤仰拱塑性應(yīng)變是由于受壓應(yīng)力作用而產(chǎn)生的，斷層面處隧道拱腳是由于受壓應(yīng)力、剪應(yīng)力共同作用而產(chǎn)生的。

圖13 不同錯距時二次襯砌塑性應(yīng)變云圖

圖14為不同錯距時拱腳和仰拱處二次襯砌塑性應(yīng)變沿隧道縱向距離分布曲線。由圖可知：拱腳塑性應(yīng)變最大，最大值出現(xiàn)在斷層面附近，結(jié)合應(yīng)力分析結(jié)果可知，此處塑性應(yīng)變是受到壓和剪共同作用產(chǎn)生的；拱頂塑性應(yīng)變出現(xiàn)在上盤，仰拱塑性應(yīng)變出現(xiàn)在下盤。

綜上所述，斷層錯動作用下，在斷層面處隧道二次襯砌承受拉、壓、剪的組合作用，其破壞最為嚴(yán)重。

圖14 不同錯距時拱頂、拱腳和仰拱處二次襯砌塑性應(yīng)變沿隧道縱向距離分臣曲線

4 大比例尺隧道穿越正斷層剪切錯動室內(nèi)模型試驗(yàn)

4.1 試驗(yàn)裝置

采用幾何相似比為1∶25大比例尺的室內(nèi)試驗(yàn)裝置，進(jìn)行隧道穿越活斷層剪切錯動試驗(yàn)。該試驗(yàn)裝置如圖15所示，主要包括裝置箱體、加載裝置、模型箱底座、數(shù)字伺服控制系統(tǒng)共4大部分。

圖15 大比例尺隧道穿越活斷層剪切錯動試驗(yàn)裝置

裝置箱體的長×寬×高為5.0 m×2.5 m×2.5 m，箱體上設(shè)有60°剪切縫，左側(cè)為正斷層下盤，右側(cè)為上盤。左側(cè)下盤箱體的底板下安裝有大功率絲杠加載裝置，可沿設(shè)定角度的剪切縫向上錯動，從而模擬正斷層錯動效果。加載速率設(shè)定為5 mm·min-1，加載目標(biāo)錯動量為12 mm，錯動時間為144 s，相當(dāng)于實(shí)際斷層錯動速率12.5 cm·min-1，總錯距30 cm。

4.2 試驗(yàn)相似材料

取幾何相似比CL=1∶25，重度相似比Cγ=1∶1。以此計算得到其他量的相似比分別為：彈性模量CE=1∶25；應(yīng)力Cσ=1∶25；土壓力CP=1∶25；泊松比Cμ=1∶1；應(yīng)變Cε=1∶1；配筋量CAs=1∶625。

工程實(shí)際的圍巖參數(shù)為：重度2 100 kN·m-3，彈性模量100 MPa，泊松比0.3，內(nèi)摩擦角25°，黏聚力50 kPa。通過多次試驗(yàn)對比，確定圍巖相似材料配比為河沙∶石英砂∶重晶石∶粉煤灰∶機(jī)油=40%∶30%∶10%∶10%∶10%。

石膏材料配比為水∶石膏∶硅藻土=1.0∶0.7∶0.3，其泊松比為0.194，彈性模量為1.3 GPa，單軸抗壓強(qiáng)度為802 kPa。同時考慮鋼筋的影響，在石膏模型中內(nèi)置網(wǎng)格為1 cm×1 cm、直徑為1 mm的方格鋼筋網(wǎng)，然后進(jìn)行石膏澆筑。由此制成隧道石膏模型長1 m，共做了5根，將5根縱向拼接制成總長5 m的隧道模型，從左至右順序編號為1#，2#，3#，4#，5#段。

將相連接的2根隧道石膏模型間的縫隙用于模擬二次襯砌的變形縫，拼接時采用T型橡膠圈連接，T型橡膠圈按照實(shí)際工程止水帶型式按相似比縮小后由同一工程供應(yīng)商特別制作提供，性能參數(shù)見表4。二次襯砌變形縫的實(shí)際施工方案和試驗(yàn)?zāi)Ｐ腿鐖D16所示。

表4 試驗(yàn)用橡膠止水帶材料性能參數(shù)

圖16 二次襯砌變形縫的實(shí)際施工方案和試驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>

4.3 室內(nèi)模型試驗(yàn)結(jié)果

隨著左側(cè)箱體(下盤)抬升錯動，實(shí)時監(jiān)測并記錄隧道二次襯砌的豎向位移、縱向應(yīng)變、環(huán)向應(yīng)變及圍巖壓力，并對斷層錯動試驗(yàn)后的隧道襯砌裂縫特征進(jìn)行分析研究。對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，結(jié)果如下。

1)豎向位移

圖17為不同錯距時隧道二次襯砌拱頂豎向位移沿隧道縱向距離分布曲線。由圖可知，隨著錯距的增大，下盤隧道結(jié)構(gòu)逐漸抬升，上盤隧道垂直位移變化幅度很小。

圖18為隧道二次襯砌豎向收斂位移沿隧道縱向距離分布曲線，豎向收斂位移表征的是隧道垂直方向的受壓變形量。由圖可知，斷層面處豎向收斂位移最大，且隨著錯距增大而增大，表明斷層面處隧道受斷層上、下盤土體錯動造成的豎向擠壓作用最為明顯。

圖17 不同錯距時隧道二次襯砌拱頂豎向位移沿隧道縱向距離分布曲線

2)縱向應(yīng)變

圖19為不同錯距時拱頂和仰拱外側(cè)縱向應(yīng)變沿隧道縱向距離分布曲線。由圖可知：隨著錯距的增大，下盤、上盤近斷層處隧道拱頂外側(cè)縱向應(yīng)變均迅速增大，若以試驗(yàn)所得隧道模型襯砌材料極限拉應(yīng)變106×10-6為破壞標(biāo)準(zhǔn)，則下盤距斷層面-10～0 m范圍內(nèi)隧道拱頂縱向拉應(yīng)變超限，上盤距斷層面0～10 m范圍內(nèi)隧道仰拱縱向拉應(yīng)變超限，超限區(qū)域?qū)⒖赡馨l(fā)生受拉破壞。

圖18 不同錯距時二次襯砌豎向收斂位移沿隧道縱向距離分布曲線

圖19 不同錯距時拱頂外側(cè)、仰拱外側(cè)二次襯砌縱向應(yīng)變沿隧道縱向距離分布曲線

3)環(huán)向應(yīng)變

圖20為不同錯距時拱頂和仰拱內(nèi)側(cè)環(huán)向應(yīng)變沿隧道縱向距離分布曲線。由圖可知：在斷層面附近-10～10 m范圍內(nèi)，環(huán)向應(yīng)變突然增大，在斷層面處出現(xiàn)峰值并超過元器件量程而失去度數(shù)；在斷層面附近-31～31 m范圍內(nèi)，仰拱環(huán)向應(yīng)變也出現(xiàn)3次峰值。若以試驗(yàn)所得模型襯砌材料極限拉應(yīng)變106×10-6為破壞標(biāo)準(zhǔn)，則峰值區(qū)域結(jié)構(gòu)環(huán)向拉應(yīng)變均超限。

圖20 不同錯距時拱頂、仰拱內(nèi)側(cè)二次襯砌環(huán)向應(yīng)變沿隧道縱向距離分布曲線

4)隧道拱頂與仰拱圍巖壓力分布

圖21為不同錯距時拱頂和仰拱圍巖壓力沿隧道縱向距離分布曲線。由圖可知：拱頂圍巖壓力在斷層面處出現(xiàn)突變，這是由于正斷層錯動作用下，上下盤地層與隧道之間的變形不同步造成的，因此在斷層面附近的下盤拱頂和上盤仰拱出現(xiàn)圍巖壓力減小的區(qū)域，其中下盤仰拱脫空明顯。

圖21 不同錯距時拱頂、仰拱圍巖壓力沿隧道縱向距離分布曲線

5)裂縫分析

圖22為斷層剪切錯動試驗(yàn)后隧道模型開裂形態(tài)。從破壞范圍、破壞程度、破壞特征上分析可得如下結(jié)論。

圖22 隧道模型襯砌裂縫分布圖

(1) 2#，3#，4#段均出現(xiàn)裂縫，其中，上盤隧道二次襯砌開裂范圍約為125 cm(約為實(shí)際32 m，即4.3D)，下盤隧道二次襯砌開裂范圍約為88 cm(約為實(shí)際22 m，即3.1D)，因此從開裂范圍上看，上盤大于下盤。由于模型試驗(yàn)可還原實(shí)際隧道工程的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，模型接頭考慮了結(jié)構(gòu)受迫時的能量釋放等，而有限元數(shù)值模擬無法較全面地考慮隧道破壞過程中的能量損失和受力突變等，因此模型試驗(yàn)的結(jié)果準(zhǔn)確性更高，而數(shù)值模擬的結(jié)果更偏保守，得到的二次襯砌開裂范圍更大(見前文表3)，但二者所得科學(xué)規(guī)律是一致的，即上盤二次襯砌開裂范圍均大于下盤。

(2) 3#段由于直接受斷層剪切錯動作用，同時出現(xiàn)縱向裂縫、剪裂縫，且仰拱內(nèi)側(cè)縱向裂縫貫通整段，裂縫總長度約220 cm；上盤4#段隧道襯砌出現(xiàn)縱向裂縫、環(huán)向裂縫，全部為外側(cè)裂縫，裂縫總長度約125 cm；下盤2#段隧道襯砌在仰拱內(nèi)側(cè)出現(xiàn)縱向裂縫，總長度約38 cm。因此從破壞程度上看：3#>4#>2#，即上盤大于下盤。

(3) 隧道二次襯砌開裂破壞主要以縱向裂縫為主，集中出現(xiàn)在仰拱內(nèi)側(cè)、墻腳外側(cè)及拱頂內(nèi)側(cè)；剪裂縫出現(xiàn)在斷層面跡線處的拱腳位置；環(huán)向裂縫多出現(xiàn)在拱腰位置。

(4) 針對隧道二次襯砌開裂以縱向開裂和斜向開裂為主的特征，提出采用“藕斷絲連”的結(jié)構(gòu)配筋設(shè)計理念，即加強(qiáng)環(huán)向主筋及箍筋，使隧道整體結(jié)構(gòu)形成環(huán)—縱向骨架，從而減少縱向開裂和斜向開裂，并防止縱向裂縫的貫穿。

5 結(jié) 論

(1)數(shù)值模擬結(jié)果與模型試驗(yàn)結(jié)果的規(guī)律一致性較好。表現(xiàn)為：數(shù)值模擬圍巖壓力峰值位置與模型試驗(yàn)隧道二次襯砌縱向開裂位置一致；數(shù)值模擬隧道二次襯砌縱向應(yīng)力峰值位置與模型試驗(yàn)隧道二次襯砌環(huán)向開裂位置一致；數(shù)值模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果均有脫空現(xiàn)象出現(xiàn)且位置一致；數(shù)值模擬獲得隧道二次襯砌裂縫數(shù)量及分布特征也與試驗(yàn)結(jié)果一致。

(2)正斷層錯動作用下，隧道襯砌受力復(fù)雜，表現(xiàn)為受拉、受壓、受剪等狀態(tài)。尤其在斷層面處隧道襯砌承受了壓—剪—扭的組合作用，襯砌破壞也最為嚴(yán)重。

(3)斷層面處隧道二次襯砌開裂最為嚴(yán)重，開裂主要以縱向裂縫為主，集中出現(xiàn)在仰拱內(nèi)側(cè)、墻腳外側(cè)及拱頂內(nèi)側(cè)；剪裂縫出現(xiàn)在斷層面跡線處的拱腳位置；環(huán)向裂縫多出現(xiàn)在拱腰位置，上盤開裂范圍均大于下盤。

(4)針對錯動面附近隧道結(jié)構(gòu)發(fā)生的極端破壞，提出采用“藕斷絲連”結(jié)構(gòu)配筋的設(shè)計理念，即加強(qiáng)環(huán)向主筋及箍筋，使隧道整體結(jié)構(gòu)形成環(huán)—縱向骨架，從而減少縱向和斜向開裂，并防止縱向裂縫的貫穿。