周 輝,趙海濤,李 堅(jiān), 趙成偉,劉文博, 張傳慶,王艷張

(1.中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所 巖土力學(xué)與工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430071； 2.云南省滇中引水工程有限公司，昆明 650000； 3.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049； 4.中國(guó)水利水電第十四工程局公司，昆明 650041)

1 研究背景

長(zhǎng)距離調(diào)水工程是解決我國(guó)區(qū)域經(jīng)濟(jì)不協(xié)調(diào)、水資源分配不均勻等問(wèn)題的重要選擇，長(zhǎng)距離輸水隧洞是調(diào)水工程建設(shè)的關(guān)鍵控制性工程[1]。在規(guī)劃或已建的隧洞工程中，由于地質(zhì)條件的復(fù)雜性，都無(wú)法避免地遇到活動(dòng)斷裂帶的地質(zhì)構(gòu)造。如，川藏鐵路全長(zhǎng)1 543 km，隧道總計(jì)72座長(zhǎng)度約851 km，穿越長(zhǎng)度>100 km的大型斷裂帶多達(dá)9處[2]。南水北調(diào)工程，線路全長(zhǎng)260 km，該范圍內(nèi)活動(dòng)斷層不僅密集發(fā)育、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)活躍，且處于高烈度地震帶[3]。滇中引水工程全長(zhǎng)664.24 km，其中隧洞長(zhǎng)611.986 km，共穿過(guò)10條工程活動(dòng)性斷裂，全新世活動(dòng)斷裂為7.5～8.0級(jí)，且活動(dòng)斷裂一般存在0.9～3.8 mm/a水平蠕滑位移和0.13～0.50 mm/a垂直蠕滑位錯(cuò)[4-5]。調(diào)水工程在活動(dòng)斷裂運(yùn)動(dòng)影響下，易發(fā)生震動(dòng)破壞和錯(cuò)動(dòng)破壞。因此，長(zhǎng)距離輸隧洞必然面臨著活動(dòng)斷裂帶運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的圍巖破壞、二次襯砌的錯(cuò)動(dòng)開(kāi)裂、掉塊、整體垮塌等問(wèn)題[6]。

活動(dòng)斷裂錯(cuò)動(dòng)是一種斷裂構(gòu)造特征的區(qū)域性地質(zhì)活動(dòng)，是隧洞結(jié)構(gòu)穿越斷裂時(shí)的主要破壞因素，而黏滑和蠕滑是斷裂帶活動(dòng)的主要形式[7]。劉學(xué)增等[8]采用模型試驗(yàn)對(duì)穿越75°傾角的逆斷層的黏滑規(guī)律進(jìn)行研究，結(jié)果表明，在黏滑作用下，隧道襯砌是彎曲張拉和直接剪切的組合破壞形式。在此基礎(chǔ)上，劉學(xué)增等[9-11]提出了隧洞的鉸接式抗錯(cuò)斷結(jié)構(gòu)、變形縫結(jié)構(gòu)和柔性鏈接結(jié)構(gòu)的抗錯(cuò)斷措施，并且研究了跨斷層隧道的結(jié)構(gòu)受力、損傷特征。何川等[12]以汶川地震龍溪隧道F8黏滑斷層為研究對(duì)象，從隧道的結(jié)構(gòu)內(nèi)力、縱向應(yīng)變及接觸壓力方面，開(kāi)展減震縫減震技術(shù)的大型正斷裂黏滑錯(cuò)動(dòng)模型試驗(yàn)研究，并尋找出最優(yōu)的減震縫參數(shù)。Kiani等[13]獲得了斷層傾角及土層厚度對(duì)隧洞破壞特征及損傷范圍的影響。Roy等[14],Sarkar等[15]研究了地應(yīng)力對(duì)斷層破碎帶錯(cuò)動(dòng)規(guī)律的影響特征。王鴻儒等[16]開(kāi)展隧道穿越斷層破碎帶的黏滑錯(cuò)動(dòng)模型試驗(yàn)，并采用ABAQUS 進(jìn)行數(shù)值分析，研究斷裂帶及隧洞的破壞位置及破壞形式。

蠕滑是斷裂帶的長(zhǎng)期活動(dòng)，長(zhǎng)期的區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)則驅(qū)使活動(dòng)斷裂發(fā)生極其緩慢的變位，百年內(nèi)可達(dá)米級(jí)的錯(cuò)動(dòng)量可造成工程結(jié)構(gòu)破壞甚至整體失效，對(duì)隧洞的長(zhǎng)期運(yùn)行安全影響非常大。韓鋼等[17]以白鶴灘工程區(qū)內(nèi)的層間錯(cuò)動(dòng)帶原狀試樣為研究對(duì)象，進(jìn)行剪切蠕變?cè)囼?yàn)，建立了描述層間錯(cuò)動(dòng)的非定常黏彈塑性蠕變模型。馬亞麗娜等[18]將三維離散-連續(xù)耦合方法引入跨活動(dòng)斷裂隧洞抗錯(cuò)斷問(wèn)題的研究上，研究在斷裂錯(cuò)動(dòng)作用下襯砌的內(nèi)力響應(yīng)。周光新等[19]采用物理模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬系統(tǒng)研究了斷層帶寬度、變形縫寬度和柔性連接材料剛度等參數(shù)對(duì)襯砌應(yīng)力的影響。劉小巖等[20]通過(guò)模型試驗(yàn)研究不同蠕滑錯(cuò)動(dòng)級(jí)別下隧洞的位錯(cuò)模式，獲得了不同錯(cuò)動(dòng)級(jí)別下，斷裂帶錯(cuò)動(dòng)位移特征曲線，為穿斷層隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了重要依據(jù)。

綜上所述，眾多學(xué)者對(duì)活動(dòng)斷裂帶作用下隧洞的變形破壞特征進(jìn)行了分析，并提出了相應(yīng)的抗錯(cuò)斷措施。然而，由于地質(zhì)條件的復(fù)雜性和特殊性，斷裂帶的運(yùn)動(dòng)特征和位錯(cuò)模式也隨之變化。因此，掌握深埋活動(dòng)斷裂帶的破壞機(jī)制和災(zāi)變機(jī)理是保證引水隧洞工程的關(guān)鍵。

本文以滇中引水工程香爐山隧洞龍?bào)?喬后斷裂帶西支(F10-1)為工程依托，建立地質(zhì)概化模型，采用數(shù)值分析方式，研究其在整個(gè)服務(wù)年限內(nèi)的位錯(cuò)特征，并且研究影響其位錯(cuò)規(guī)律的因素，包括破碎帶寬度和斷層傾角。從斷裂帶的變形、位錯(cuò)曲線和位移梯度等多個(gè)方面評(píng)價(jià)活動(dòng)斷裂帶對(duì)隧洞的影響，研究成果可為滇中引水隧洞工程的安全建設(shè)提供有力支撐。

2 F10-1斷裂帶分析

2.1 工程簡(jiǎn)介

滇中引水工程輸水隧洞共穿過(guò)10條工程活動(dòng)性斷裂，其中，香爐山隧洞穿越3條全新世活動(dòng)斷裂，分別為龍?bào)础獑毯髷鄬訋?、麗江—?jiǎng)Υ〝鄬訋Ъ苞Q慶—洱源斷層帶，均為全新世活動(dòng)斷層，屬工程活動(dòng)斷層。香爐山隧洞起點(diǎn)接石鼓水源泵站，終點(diǎn)為洱海東岸的長(zhǎng)育村，總長(zhǎng)62.596 km，軸向總體呈NNW—NW向，如圖1所示。

圖1 龍?bào)础獑毯髷嗔褞髦?F10-1)示意圖Fig.1 Schematic diagram of the west branch of Longpan-Qiaohou fault zone (F10-1)

本文以香爐山隧洞穿越的龍?bào)础獑毯髷嗔褞髦?F10-1斷裂帶)為研究對(duì)象， F10-1斷裂帶走向NNE，傾向?yàn)镹W，傾角在50°～82°之間，斷裂帶與線路角度為34°，斷裂帶寬度為304 m，具體地質(zhì)特征如表1所示。該斷裂是一條區(qū)域性斷裂，斷裂帶形成于古生代，中生代強(qiáng)烈運(yùn)動(dòng)，新生代早期以擠壓-逆沖運(yùn)動(dòng)為主，晚期以拉張-走滑運(yùn)動(dòng)為主，斷裂帶多次發(fā)生5 級(jí)以上地震，兩次6.25級(jí)地震，最大為6.75級(jí)。

表1 斷裂帶F10-1地質(zhì)特征Table 1 Geological characteristics of fault zone F10-1

2.2 概化模型

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，龍?bào)础獑毯髷嗔褞髦Ь哂小坝曹浻病钡姆謪^(qū)結(jié)構(gòu)，且各分區(qū)內(nèi)的巖體特性存在明顯的差別。按照巖體的類型和物質(zhì)組成進(jìn)行分類(表2)，自內(nèi)而外可依次劃分為上下盤(pán)、斷層影響帶和破碎帶。上下盤(pán)區(qū)域巖體多由強(qiáng)度較大的板巖、片巖、灰?guī)r等構(gòu)成，巖體結(jié)構(gòu)多為薄層狀、薄-中層狀，巖體內(nèi)部存在結(jié)構(gòu)面，結(jié)構(gòu)面多以泥質(zhì)、巖屑充填。影響帶區(qū)域的巖體多有碎塊巖組成，巖體的完整性差，且?guī)r體結(jié)構(gòu)多為碎裂和散體結(jié)構(gòu)。而破碎帶的巖體多由斷層夾泥以及細(xì)碎的角礫巖等組成，經(jīng)過(guò)揉皺及破碎呈粉狀結(jié)構(gòu)，巖體力學(xué)性質(zhì)較差。綜合斷裂帶的分區(qū)結(jié)構(gòu)、位錯(cuò)速率、巖性特征及地應(yīng)力條件，可建立F10-1的地質(zhì)概化模型，如圖2所示。

表2 F10-1斷裂帶巖性參數(shù)Table 2 Lithological parameters of fault zone F10-1

圖2 F10-1斷裂帶概化模型Fig.2 Generalized model of fault zone F10-1

2.3 數(shù)值模型

2.3.1 模擬環(huán)境

本次數(shù)值模擬可以實(shí)現(xiàn)活動(dòng)斷裂地質(zhì)體的三向應(yīng)力賦存條件、地質(zhì)分區(qū)結(jié)構(gòu)和位移錯(cuò)動(dòng)模式等要素的模擬。數(shù)值模型尺寸為1 347 m×300 m×400 m，劃分網(wǎng)格單元為105 943個(gè)，假設(shè)巖體的連續(xù)性特征，可用于模擬巖體的連續(xù)變形，如圖3所示。根據(jù)地質(zhì)報(bào)告條件，模型的水平施加構(gòu)造應(yīng)力，豎直方向施加上覆巖層的重力，本次模擬的水平應(yīng)力與垂直應(yīng)力的比值為0.8，模擬埋深400 m的斷裂帶錯(cuò)動(dòng)特征。在運(yùn)動(dòng)方式和時(shí)間上，賦予活動(dòng)盤(pán)均勻的速率來(lái)模擬斷層的蠕滑錯(cuò)動(dòng)形式，計(jì)算的時(shí)間覆蓋為100 a的工程服務(wù)年限。

圖3 F10-1斷裂帶數(shù)值模型Fig.3 Numerical model of fault zone F10-1

2.3.2 活斷裂帶模型特征

根據(jù)地質(zhì)報(bào)告對(duì)F10-1斷裂帶的描述，F(xiàn)10-1為左旋走滑正斷層，本次僅考慮斷裂帶的正斷層運(yùn)動(dòng)特征，不考慮走滑特性，F(xiàn)10-1傾向?yàn)?90°，傾角為70°，具有上下影響帶和破碎帶的結(jié)構(gòu)特征，其中破碎帶和上下影響帶沿著水平方向具有幾百米寬度。計(jì)算時(shí)設(shè)置斷層的錯(cuò)動(dòng)盤(pán)的節(jié)點(diǎn)速度，通過(guò)賦予上盤(pán)各節(jié)點(diǎn)的速度矢量來(lái)實(shí)現(xiàn)錯(cuò)動(dòng)，錯(cuò)動(dòng)年限為100 a。根據(jù)工程地質(zhì)報(bào)告提供的錯(cuò)動(dòng)速率，活動(dòng)斷裂帶的上盤(pán)蠕滑下降速率為0.31 mm/a，錯(cuò)動(dòng)時(shí)，將錯(cuò)動(dòng)速率沿?cái)鄬觾A角進(jìn)行分解，因此水平移動(dòng)速率為0.109 mm/a。

2.3.3 計(jì)算參數(shù)

數(shù)值模型中巖體的力學(xué)行為和巖體特征由本構(gòu)模型決定，本次數(shù)值模型采用Mohr-Coulomb本構(gòu)模型，本次數(shù)值模型中的力學(xué)參數(shù)參考地質(zhì)報(bào)告中參數(shù)取值，如表3所示。

表3 數(shù)值模型中巖性參數(shù)Table 3 Lithological parameters in the numerical model

2.4 效果分析

圖4為過(guò)F10-1斷裂帶中心的x-z面的位錯(cuò)云圖，從位錯(cuò)云圖的形態(tài)來(lái)看，位移的云圖變化多發(fā)生在斷層的破碎帶內(nèi)，且呈現(xiàn)較為明顯的“坡面”型，破碎帶內(nèi)的位移也呈現(xiàn)類似滑坡的向下滑動(dòng)形態(tài)，因?yàn)閿鄬觾H是上盤(pán)的單盤(pán)運(yùn)動(dòng)，因此，斷層的位錯(cuò)云圖呈現(xiàn)明顯的非對(duì)稱變形，隨著服務(wù)年限的增加，斷層的位移值和位錯(cuò)范圍變大。

圖4 不同服務(wù)時(shí)間位錯(cuò)云圖Fig.4 Displacement of fault at different service life expectancies

不同服務(wù)年限內(nèi)，斷層的蠕滑位移曲線較為一致，呈現(xiàn)明顯的“坡面”型曲線，且隨著年限的增加，坡面傾斜越加明顯，如圖5所示。強(qiáng)度較大的上盤(pán)位錯(cuò)模式一致，呈現(xiàn)整體的平動(dòng)位移特征。錯(cuò)動(dòng)位移的突變區(qū)域發(fā)生在斷層的分區(qū)交界面附近(上盤(pán)與上影響帶、上影響帶與破碎區(qū))。變形大部分消耗在斷裂帶的破碎區(qū)，占比68%(年限100 a)。

圖5 不同服務(wù)時(shí)間軸向位移曲線Fig.5 Axial displacement curves at different service life expectancies

圖6為上影響帶與破碎帶交界面位移云圖，隨著年限的增加，位移呈現(xiàn)明顯的增加趨勢(shì)，且呈非對(duì)稱的分布特征，這是由于斷裂帶的產(chǎn)狀引起。根據(jù)隧洞的位置可知，隨著年限的增加，隧洞左肩窩出現(xiàn)明顯的位移增加，因此，隨著位錯(cuò)的發(fā)生，破壞可能首先發(fā)生在隧洞的左肩窩部位。

圖6 不同服務(wù)時(shí)間上影響帶與破碎帶交界面位移云圖Fig.6 Displacement of interface between upper influence zone and fracture zone at different service life expectancies

3 影響因素分析

3.1 不同斷裂帶寬度

為研究不同破碎帶寬度的斷層的位錯(cuò)規(guī)律，本次設(shè)置了6種破碎帶的寬度的數(shù)值模型(圖7)，破碎帶寬度分別為50、100、150、200、250、304 m，斷層的地質(zhì)力學(xué)環(huán)境和位錯(cuò)速率與不同服務(wù)年限時(shí)保持一致。由不同破碎帶寬度的位移云圖(圖8)可知，百年內(nèi)，斷層的位錯(cuò)模式較為一致，且呈現(xiàn)明顯的非對(duì)稱變形特征。

圖7 不同破碎帶寬度模型Fig.7 Models of fault with different widths

圖8 不同破碎帶寬度位移云圖Fig.8 Displacement of fault with different widths

百年蠕滑錯(cuò)動(dòng)下，不同破碎帶寬度的斷層位移曲線呈現(xiàn)“坡面”型(圖9)，且最大區(qū)別出現(xiàn)在斷層的破碎帶。破碎帶寬度越大，斷裂帶在破碎區(qū)的位移越加明顯。6種情況的斷裂帶的總體位移消耗相當(dāng)，因此，破碎帶寬度較小的斷裂帶，其位移消耗在上下影響帶、破碎帶和下盤(pán)，而隨著寬度的增加，位移消耗主要分布在上影響帶和破碎帶，尤其在寬度為304 m時(shí)最為明顯，變形主要發(fā)生在破碎帶。

圖9 不同破碎帶寬度位移曲線Fig.9 Displacement curves of fault with different widths

圖10為上影響帶與破碎帶交界面位移云圖。與不同服務(wù)年限的位移規(guī)律較為一致，隨著寬度的增加，位移呈現(xiàn)明顯的增加趨勢(shì)，且呈非對(duì)稱的分布特征。根據(jù)隧洞的位置可知，斷裂帶寬度越大，隧洞左肩窩的變形越加明顯，這個(gè)與斷裂帶產(chǎn)狀密切相關(guān)，也是斷裂防護(hù)的關(guān)鍵位置。

圖10 不同破碎帶寬度上影響帶與破碎帶交界面 位移云圖Fig.10 Displacement of interface between upper influence zone and fracture zone with different widths

3.2 不同斷裂帶傾角

為研究不同斷層傾角的位錯(cuò)規(guī)律，本次設(shè)置了4種斷層傾角的數(shù)值模型(圖11)，在斷裂帶傾角范圍內(nèi)設(shè)置傾角50°和70°，范圍之外設(shè)置傾角30°和90°作為參考。斷層的地質(zhì)力學(xué)環(huán)境和位錯(cuò)速率與之前一致。由不同斷層傾角的位移云圖(圖12)可知，百年內(nèi)，不同斷層傾角的位錯(cuò)模式呈現(xiàn)不同形態(tài)的“坡面”型，角度越大，“坡面”形態(tài)越陡，斷裂帶位錯(cuò)影響范圍減小。

圖11 不同斷層傾角數(shù)值模型Fig.11 Numerical models of fault with different dip angles

圖12 不同斷層傾角位移云圖Fig.12 Displacement of fault with different dip angles

由不同斷層傾角的位移曲線可知(圖13)，隨著角度的增加，位移呈現(xiàn)減小趨勢(shì)。斷層傾角為50°、70°和90°的斷裂帶的位移曲線較為一致， 30°的斷層呈現(xiàn)明顯變形錯(cuò)動(dòng)，這是由斷層的產(chǎn)狀引起的。在位錯(cuò)速率一致情況下，30°的斷層的上盤(pán)、上影響帶和破碎帶的擠壓更加明顯。

圖13 不同斷層傾角位移曲線Fig.13 Displacement curves of fault with different angles

由上影響帶與破碎帶交界面位移云圖(圖14)，隨著角度的增加，位移最大值呈現(xiàn)一定的增加趨勢(shì)。不同角度的位移云圖形態(tài)差異較大，由隧洞的位置可知，角度為30°和50°時(shí)，最大位移在隧洞的左側(cè)；角度為70°和90°時(shí)，最大位移轉(zhuǎn)移至隧洞左肩窩位置。值得注意的是，30°時(shí)，隧洞所處變形場(chǎng)明顯高于其他角度，這是斷層產(chǎn)狀導(dǎo)致。

圖14 不同斷層傾角上影響帶與破碎帶交界面位移云圖Fig.14 Displacement of interface between upper influ-ence zone and fracture zone with different dip angles

4 位移梯度

錯(cuò)動(dòng)位移變化梯度指單位距離內(nèi)錯(cuò)動(dòng)位移的變化量，是表征位移變化快慢程度的重要指標(biāo)。對(duì)活斷層地質(zhì)體自身而言，需要基于位移變化的快慢程度來(lái)定量評(píng)價(jià)巖體錯(cuò)動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)的高低。

4.1 不同服務(wù)年限

圖15為不同服務(wù)年限的巖體位移變化梯度。整個(gè)范圍內(nèi)，位移梯度曲線自錯(cuò)動(dòng)盤(pán)向固定盤(pán)的呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，最后衰減為0。從梯度的定量變化趨勢(shì)可知，服務(wù)年限的增加顯著增加了破碎帶內(nèi)的最大位移梯度，最大位移梯度由服務(wù)年限為10 a的0.000 013增加至100 a的0.000 11，位移梯度增加了7.46倍。位移梯度峰值位于破碎帶內(nèi)，且峰值并非位于破碎帶中心，而是偏向于錯(cuò)動(dòng)盤(pán)一側(cè)，隨著服務(wù)年限的增加，梯度值也隨之向固定盤(pán)方向擴(kuò)散。最大梯度的坐標(biāo)位置為650 m，此處的位移梯度最大，即位移有突變，因此，隧道穿越此處時(shí)容易發(fā)生變形。

圖15 不同斷層傾角位移梯度曲線Fig.15 Curves of displacement gradient of fault with different dip angles

4.2 不同破碎帶寬度

圖16為不同破碎帶寬度的斷裂帶的位移變化梯度。整個(gè)范圍內(nèi)，位移梯度曲線自錯(cuò)動(dòng)盤(pán)向固定盤(pán)的位移梯度的值呈現(xiàn)先增大后減小趨勢(shì)，最后衰減為0。從梯度的量值變化趨勢(shì)可知，隨著破碎帶寬度的增加，最大位移梯度減小，即破碎帶寬度的增加減小了破碎帶位移的突變性。最大位移梯度由破碎帶寬度50 m的0.000 164減小為破碎帶寬度304 m的0.000 116，減小了29.2%。隨著破碎帶寬度的增加，位移梯度向固定盤(pán)方向擴(kuò)散的趨勢(shì)增大。

圖16 不同破碎帶寬度位移梯度曲線Fig.16 Curves of displacement gradient of fault with different widths

位移梯度的峰值位于破碎帶且偏向上影響帶，因此，隧洞穿越此位置時(shí)，也要注意位移的變形，注意隧洞的安全防護(hù)。

4.3 不同斷層傾角

圖17為不同斷層傾角的巖體位移變化梯度。整個(gè)范圍內(nèi)，位移梯度曲線自錯(cuò)動(dòng)盤(pán)向固定盤(pán)的位移梯度呈現(xiàn)先增大后減小趨勢(shì)，最后衰減為0。從梯度的定量變化趨勢(shì)可知，隨著斷層傾角的增加，破碎帶內(nèi)的峰值梯度隨之增加，位移梯度峰值由30°的0.000 080 3增加至90°的0.000 103，增加了28.2%，即傾角越大，位移的突變性趨勢(shì)增加。隨著角度的增加，位移梯度峰值位置呈現(xiàn)向錯(cuò)動(dòng)盤(pán)方向的轉(zhuǎn)移趨勢(shì)。30°和50°的錯(cuò)動(dòng)盤(pán)附近出現(xiàn)明顯的波動(dòng)，這是由于斷層的上盤(pán)和影響帶的擠壓作用產(chǎn)生。因此，當(dāng)隧洞穿越不同角度斷層時(shí)，要根據(jù)角度調(diào)整隧洞的抗錯(cuò)斷結(jié)構(gòu)及位置，精準(zhǔn)把握位移突變位置，保證隧洞的穩(wěn)定性。

圖17 不同斷層傾角位移梯度曲線Fig.17 Curves of displacement gradient of fault with different dip angles

5 結(jié) 論

為研究F10-1斷裂帶的蠕滑規(guī)律以及斷層錯(cuò)動(dòng)的影響因素，本文首先建立了考慮活動(dòng)斷裂帶分區(qū)結(jié)構(gòu)的概化模型，在考慮斷層的地質(zhì)條件和力學(xué)參數(shù)的條件下，構(gòu)建了斷裂帶的連續(xù)FLAC3D模型，模擬了深埋高地應(yīng)力條件下，考慮整個(gè)服務(wù)年限的斷裂帶蠕滑特征，分析了不同破碎帶寬度和不同斷層傾角的斷裂帶影響因素的位錯(cuò)規(guī)律，預(yù)測(cè)百年工程服務(wù)年限內(nèi)影響斷層位錯(cuò)模式的影響因素特征，得到以下主要結(jié)論：

(1)不同服務(wù)年限的斷裂帶的位錯(cuò)模式較為一致，呈“坡面型”，且隨著服務(wù)年限的增加，坡面斜率變陡。上盤(pán)主要呈現(xiàn)平動(dòng)位移模式，位移消耗主要分布在影響帶和破碎帶，其中破碎帶的位移消耗占比68%(年限100 a)。破碎帶和影響帶交界面位移呈現(xiàn)非對(duì)稱分布特征，隨著年限的增加，在隧洞左肩窩位置較為明顯，因此，隨著斷裂帶的活動(dòng)，隧洞的破壞可能首先發(fā)生在隧洞的左肩窩部位。

(2)對(duì)斷裂帶的影響因素破碎帶寬度和斷層傾角進(jìn)行研究，不同破碎帶寬度和不同斷層傾角的斷裂帶位錯(cuò)模式較為相似，呈現(xiàn)“坡面”型，強(qiáng)度較大的錯(cuò)動(dòng)盤(pán)呈現(xiàn)平動(dòng)的位移模式，錯(cuò)動(dòng)位移主要消耗在巖體軟弱的破碎帶，影響帶次之。隨著寬度增加和傾角減小，破碎帶位移明顯增大。由上影響帶與破碎帶交界面位移可知，不同破碎帶寬度條件下，隧洞的左肩窩位置位移明顯。斷層傾角在30°和50°情況下，隧洞左側(cè)出現(xiàn)較大變形，斷層傾角在70°和90°時(shí)轉(zhuǎn)移至左肩窩位置，因此在斷裂帶防控中要根據(jù)不同產(chǎn)狀來(lái)判斷變形位置。

(3)從位移的梯度來(lái)看，位移梯度都呈現(xiàn)先增加后減小的規(guī)律，且梯度峰值位于破碎帶內(nèi)。隨著服務(wù)年限增加，破碎帶內(nèi)的梯度峰值增加，表明破碎帶內(nèi)位移突變風(fēng)險(xiǎn)增加；隨著破碎帶寬度的增加，位移梯度峰值減小，即破碎帶的軟弱巖體減小了斷裂帶的位移突變；隨著斷層傾角的增加，位移梯度增加，且峰值向上影響帶位置轉(zhuǎn)移，表明，隨著傾角的增加，位移突變位置在變化，因此，要根據(jù)斷層角度變化來(lái)調(diào)整隧洞的抗錯(cuò)斷結(jié)構(gòu)及位置。