工程风险研究团队发表位错与地震共同作用下隧道破坏机理研究新成果

近日，同济大学工程风险研究团队张冬梅教授、郭力博士研究生、黄忠凯助理教授、申轶尧博士后和希腊塞萨洛尼基亚里士多德大学Kyriazis Pitilakis教授在《Computers and Geotechnics》期刊上发表了题为“Failure mechanism of rock tunnels subjected to combined reversed fault dislocation and subsequent seismic excitation”的研究论文，系统揭示了位错与地震共同作用下隧道破坏机理破坏。

活动蠕滑断层带中的隧道易受断层错位与地震共同作用影响，蠕滑错动导致隧道结构持续弱化，其与地震的耦合效应可能引发灾难性损伤，但现有研究对此缺乏系统分析。本文建立三维有限元模型，采用黏聚单元模拟断层不连续性及混凝土损伤本构模拟隧道损伤特性（图1），通过离心试验验证后（图2），系统研究了断层错动与地震对隧道结构的耦合作用。重点分析了不同断层错动距离及不同地震强度下隧道的横断面变形（图3）、混凝土拉伸与压缩损伤的分布特征（图4），研究了不同工况下隧道损伤体积指标变化规律（图5），揭示了断层错动与地震共同作用下隧道响应机制（图6）。本研究可为跨断层隧道抗震设计、震害评估提供理论依据与实用方法。

图1断层错动与地震动耦合作用下的有限元模型

图2有限元模型与实验数据的验证

图3不同（a）断层位移和（b）地震强度（PGA）下的隧道横断面变形

图4不同断层位移和地震强度（PGA）下的隧道（a）混凝土压损伤和（b）拉损伤

图5不同（a）断层位移和（b）地震强度（PGA）下的隧道损伤体积比

图6断层错动与地震动共同作用下隧道响应机制

第一作者和通讯作者

张冬梅教授主要从事隧道结构安全评价与控制、隧道结构韧性提升理论等领域研究

邮箱：dmzhang@tongji.edu.cn

第二作者

郭力博士研究生主要从事地下空间结构抗震性能评价研究

邮箱：llguo98@163.com

第三作者

黄忠凯助理教授主要从事复杂条件下盾构隧道结构安全评价与韧性提升等研究

邮箱：5huangzhongkai@tongji.edu.cn

第四作者：

申轶尧博士后主要从事复杂场地下地下结构抗震性能评价与韧性提升研究

邮箱：shenyiyao@tongji.edu.cn

第五作者：

Kyriazis Pitilakis 教授主要从事城市关键基础设施的抗震性能研究

邮箱：kpitilak@civil.auth.gr

文献引用

D-M. Zhang, L. Guo, Z-K. Huang, Y-Y Shen, K. Pitilakis. Failure mechanism of rock tunnels subjected to combined reversed fault dislocation and subsequent seismic excitation (2025), 187, 107485.

原文链接

https://doi.org/10.1016/j.compgeo.2025.107485

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