随着西部山区高等级铁路、公路工程的不断建设,穿越复杂断裂带甚至活动断层的深埋隧道越来越多,这些复杂条件下的隧道区段,开挖后经常出现结构拱变形量大、底板隆起、初支破坏、二衬开裂等变形破坏,严重影响着隧道的安全稳定。因此,隧道断层破碎带的工程力学特性及其在隧道开挖过程中的力学响应特征,是西部山区高等级交通建设中亟需解决的重要工程问题之一。本文针对工程实际需求,以断层破碎区域隧道开挖的力学响应分析为主要研究内容,以宏观区域断层稳定与局部隧道围岩力学响应相结合的方法开展研究。首先,根据断层的形成、分类以及理论,选取判断断层稳定性的宏观判定方法,并基于若干断裂带的实测地应力数据,结合经典库伦滑动摩擦准则,分析了区域浅部构造的活动背景及其宏观稳定性,结果表明:断层稳定性判别时,运用“斜率法”对多地区有限数据点的判别不直观,对大量组地应力数据宏观判别时有其优异性;“平行界限法”对多地区有限组地应力数据的判别比较适用,可以通过序号快速检查出断裂危险带的部位和范围。然后,结合某穿越断裂带缓倾地层深埋隧道工程,通过室内力学试验获取岩石的力学参数,建立了无断层情况下的隧道开挖计模型并进行计算,通过模型计算结果与工程实际测试结果的比较,验证了计算模型的合理性。通过在上述计算模型中增加断层接触单元,计算并比较了隧道截面在有、无断裂带两种情况下,隧道围岩的应力特性、变形位移以及塑性屈服的变化特征,分析了断层对隧道开挖力学状态及其安全的影响。进一步,利用模型计算,从塑性屈服、位移场、应力场分布规律角度,对断层所在部位、断层倾度、断层厚度、断层模量等因素对隧道开挖过程的影响进行了研究。结果表明:当断层与隧道相交时,相交部位的塑性屈服区深度大幅增加,但断层带内的塑性区深度降低。断层所在位置对其相交或距离最近的隧道壁位移影响最大,而离得较远,影响甚微;水平断层的位置或有无断层对其在隧道壁底板处的主应力值影响很小,而在其他隧道部位有一定的影响。倾角垂直时的断层对隧道壁的影响最大,表现在拉长了相交域围岩围岩塑性区的分布和增大了位移量。断层越厚,相同深度处的总位移值越大,深度越深,差值越小。断层弹模较小时,断层带中的屈服区明显小于断层周围地带,且两者差异较大,随着弹模的增大,这两者差异逐渐减小直至消失;断层模量值很小时,断层与隧道壁相交处的位移量很大,随着模量值增大,位移量降低很快,呈现幂函数变化趋势。本文的研究方法及结论,可为后续该领域的相关研究提供借鉴,也可为上述穿越断层破碎区隧道建设的选址和设计提供一定依据。图39表6参69