蠕滑-强震耦合条件下跨活断裂输水隧洞的破坏机理与适应性措施研究

For the large water transmission tunnels of China’s western water transfer projects. Strong threat will be brought upon by the combined fault rupture deformation and subsequent seismic excitation. This issue needs to be seriously addressed. In this research project, failure mechanism is investigated for a cross fault tunnel under combined fault rupture deformation and subsequent seismic excitation. The value of the fault rupture deformation is first discussed with the transcendental probability theory. A discrete element numerical analysis method is utilized as the analysis tool with consideration of rock-concrete interaction as well as the initial damage in the liner. With this analysis tool, the damage characteristics of the tunnel under the conditions of the creep slip fault, the seismic response characteristics and the failure mechanism of the tunnel under the initial damage condition are studied. Take into account these studies, deformation mechanism and stability criterion for tunnels subjected to combined fault rupture deformation and subsequent seismic excitation will be established. Ultimately, adaptive measures of the tunnel will be proposed. Achievements in this research project may provide both the scientific basis and technical back up to the key issues of anti-active fault measures for tunnels such as the Xianglushan tunnel in the Centre-yunan Water Transmission Project.

对于我国西部跨流域调水工程中的深埋长大输水隧洞而言，在穿越活动发震断裂时，将面临无震蠕滑剪切错断与粘滑产生近场强震耦合作用的强烈威胁。本项目拟针对这一问题，开展考虑无震蠕滑-近场强震耦合条件下跨断裂隧洞的失稳机理研究。在讨论基于超越概率理论的断裂错动设防量值基础上，以可以考虑围岩-衬砌相互作用及初始损伤的非连续数值分析方法为手段，依托我国西部重大水资源调度工程中的长大跨断裂隧洞，对隧洞在蠕滑错断条件下的损伤特征、初始损伤条件下隧洞地震动力响应特征与破坏机理、及针对错动-地震耦合作用的适应性结构形式开展研究。以期剖析既有错动损伤条件下隧洞在近断裂强震作用中的响应特征，揭示不同错断初始条件对隧洞地震响应模式的影响机理，并提出可以容纳一定蠕滑变形量值的抗震适应性措施。研究成果将有助提升我国重大调水工程中引水隧洞的设计理论水平，有效保障国家重大生命线工程全寿命周期的安全稳定性需求。

对于我国西部跨流域调水工程中的深埋长大输水隧洞而言，在穿越活动发震断裂时，将面临无震蠕滑剪切错断与粘滑产生近场强震耦合作用的强烈威胁。本项目拟针对这一问题，以国家重大工程滇中引水香炉山隧洞面临的穿越活动断裂问题为研究背景，重点针对深埋长大隧洞穿越活动断裂时面临的无震蠕滑错动与粘滑强震两种活断裂运动形式的时序耦合作用，以断裂错动量概率性估算理论、围岩-衬砌接触力学特征试验、考虑岩体-衬砌破裂损伤全过程的可变形离散元数值方法为研究手段，开展无震蠕滑错动-粘滑强震耦合作用下围岩-衬砌相互作用机理、初始损伤条件下隧洞动力破坏全过程数值仿真、隧洞过活动断裂综合性适应结构形式等研究，在围岩-衬砌相互作用力学特性及初始损伤表征方法、断裂错动引起的岩体-隧洞体系变形与损伤规律特征、考虑初始错断损伤条件的隧洞地震动力响应特征与破坏机理、跨断裂隧洞针对错动-地震耦合作用的适应性结构形式等方面取得进展。提出了基于超越概率理论的断裂错动设防量值估算方法；提出了基于围岩-衬砌接触面三维形貌参数的剪切力学性质描述方法；取得了岩石-衬砌接触面的非线性弱化特征及其数值描述；提出了不同工程特性的断层错动力学表征模型与方法；研发了抗错断地质力学模型试验装备和试验关键技术；并研发了基于离散-连续耦合的跨断层隧洞错动破坏数值方法；继而剖析了不同类型断层错动诱发的隧洞变形破坏模式与演化规律；以及错断-强震时序作用下隧道变形破坏机理；最终，取得了隧洞过活动断裂适应性结构及其参数优化方法，并在滇中引水香炉山隧洞中取得应用。.在本项目的资助下，研究团队在Roc Mech Roc Eng等国内外高水平期刊上发表SCI、EI等国内外著名学术刊物上发表论文38篇（所有论文均作了项目标注），其中SCI论文12篇，EI论文17篇，核心期刊论文4篇。获得软件著作权7项、发明专利6项，发表学术著作1部。培养或协助培养研究生7名，其中毕业博士3名，在读博士生3名，硕士生1名。