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交通隧道、引水（輸水）隧洞、能源輸送管路等超長線性工程是解決區(qū)域交通不便、經(jīng)濟不協(xié)調(diào)、水資源分配不均及能源跨區(qū)域調(diào)配的重要工程載體，川藏鐵路、滇中引水等一大批國家重大項目均建設在我國西部和西南部構(gòu)造活躍地區(qū)，此類工程的部分線路難以避免穿越活斷層，如圖1所示。活斷層長期蠕滑錯動引起的深埋隧道（洞）圍巖、襯砌或管道等工程結(jié)構(gòu)物的破壞，是此類工程建設和運行中的關(guān)鍵難題。穿越活斷層隧道（洞）錯動位移分布模式與結(jié)構(gòu)破壞機理的深刻認知，是隧道（洞）抗錯和適錯技術(shù)研發(fā)及方案設計的科學依據(jù)。
針對這一關(guān)鍵科學問題，中國科學院武漢巖土力學研究所巖體工程多場耦合效應學科方向組張傳慶研究員、周輝研究員等基于川藏鐵路隧道大部分區(qū)段位于“側(cè)向走滑區(qū)”的地質(zhì)事實，以走滑活斷層錯動位移演化模式及其控制為主攻方向，開展了大量模型試驗研究，取得了一系列進展：
（1）發(fā)明了剛?cè)嵯酀驊吔缡┘蛹夹g(shù)、分布隨動的位移邊界施加技術(shù)，研發(fā)了深埋條件下活斷層蠕滑錯動的物理模擬試驗設備，如圖2所示，實現(xiàn)了川藏鐵路穿活斷層錯動的關(guān)鍵要素（地應力和復雜斷層地質(zhì)結(jié)構(gòu)）的精準模擬；
（2）提出了一套適用于深埋條件活斷層蠕滑錯動模擬的試驗方法，通過試驗辨識出不同地應力條件和斷層地質(zhì)結(jié)構(gòu)下斷層錯動位移分布模式，如圖3所示，揭示了不同條件下斷層不同部位的位移分配比例特征及破碎帶內(nèi)位移梯度變化規(guī)律，提出了基于位移梯度的斷錯風險指標，實現(xiàn)了活斷層區(qū)域圍巖與結(jié)構(gòu)斷錯風險的準確評價；
（3）基于大型模型試驗成果，揭示了隧道結(jié)構(gòu)對斷層位移分布特征的影響和斷錯過程中隧道結(jié)構(gòu)的響應規(guī)律，辨識出了斷錯過程中襯砌破壞演化規(guī)律、破壞形態(tài)、位置及范圍，如圖4所示，驗證了位移分布模式和梯度作為結(jié)構(gòu)破壞程度評價和結(jié)構(gòu)參數(shù)設計依據(jù)的科學性。
相關(guān)研究成果得到了國家自然科學基金委川藏鐵路重大基礎(chǔ)科學問題專項項目“深埋超長隧道工程災變機制：課題1-穿越活動斷裂帶超長隧道工程斷錯災變機制與防控技術(shù)”和國家自然科學基金-雅礱江聯(lián)合基金重點項目“深部斷層活化規(guī)律與洞室群穩(wěn)定性和環(huán)境安全性評價”的資助。
論文鏈接1：http://ytlx.whrsm.ac.cn/CN/volumn/volumn_1448.shtml
論文鏈接2：http://www.zndxzk.com.cn/
論文鏈接3：http://www.rmcjzz.com/CN/10.16232/j.cnki.1001-4179.2019.11.025
圖1 川藏鐵路沿線活動斷裂帶分布圖（據(jù)郭長寶等(2021)）
圖2 深埋條件下活斷層蠕滑錯動的物理模擬試驗設備
圖3 斷層錯動位移分布模式
圖4 穿活斷層隧道襯破壞特征試驗成果
（文/圖 巖體工程多場耦合效應組）