强震发震断层引发的地表破裂在工程场地评价中一直备受关注。如何科学的预测断层错动导致的上覆土体变形特征及地表破裂规律，并以此规定工程建设的避让范围，是目前学术界和工程界的研究热点，是困扰城市防震减灾规划编制和抗震规范制订的难点问题，也是最大限度地合理利用城市土地资源的关键问题之一。这一问题的解决需要以大量客观的地震震害资料为基础，然而，反映地震地表破裂过程的资料具有不完备性和稀缺性，这已成为制约本领域研究工作深入开展的一大瓶颈。因此，试验这一被公认为近代科学赖以解释和探索自然规律的重要手段，毋庸置疑将成为攻克这一瓶颈的强大利刃和有效方法。
　　在总结国内外已有研究成果的基础上，本文利用大型土工离心模型试验，开展了发震断层地表破裂的研究工作。通过自行设计的模型试验参数和自行研制的断层错动装置，成功模拟了逆断层错动下的上覆土体变形过程；通过对地表高精度监测数据的定量分析和PIV处理技术的应用，给出了干砂和湿砂地表完整且连续的变形演化过程及内部变形特征，使得模拟强震地表变形破裂这一复杂的地震地质问题在试验方法上得到了丰富。此外，由于增加了逆断层上覆土体的模拟厚度，并提高了监测精度，进而观察到以往试验中并未提及的新现象，这为理论分析的验证及相关规范修订提供了客观试验数据，进一步克服了地震现场资料不足带来的分析困难。主要研究工作和成果概括如下：
　　1.综述了不同研究方法在强震地表破裂研究领域中的进程，讨论和评述了这一领域存在的问题，提出了今后需要进一步开展的研究工作。
　　重点梳理并评述了各类试验在强震地表破裂研究领域的应用特点和前沿的研究成果；进一步厘清了地震、活断层、工程活断层、强震地表破裂的概念及其之间的关联，结合震害经验和前人的研究成果，对强震地表破裂的发育背景、形态特征及震害特征进行了分类阐述和总结。讨论了存在的问题，提出了今后的研究方向。
　　2.自行设计了高g值重力环境下，用以模拟逆断层错动的模型箱及其附属设备，为成功实现预期试验目标提供了设备保障。
　　本文从离心机的选择、错动装置的研制、误差分析、监测系统布设和边界简化处理等多个方面进行详细分析和论证，根据试验的目标要求，自行研发制作了用于逆断层离心模型试验的模型箱，创新了土工离心模型试验的错动装置，在最大限度降低试验推举过程产生的阻力和尽量提高边界的密封性之间达到了平衡，使其能够平稳的还原整个断层的错动过程，成功将逆断层上覆土体的模拟厚度提高到40m，这是目前国内外利用土工离心机模拟逆断层错动的最大土层厚度。
　　3.设计了相关试验参数，并论证其合理性，为试验的顺利开展提供了技术保障。
　　基于本次试验条件和梳理的实际震例资料以及本次试验的目标，本文设计并给出了逆断层离心模型试验参数，主要包括模型的几何参数、模型的物理参数、离心机提供的力学参数、基岩错动面的几何参数和运动学参数，依据土工离心机的性能参数和相似原理等论证了试验设计参数的合理性，保证了试验工作的顺利进行，这一工作对相关科研人员开展这一领域的试验研究工作有一定参考价值。
　　4.通过试验结果的深入分析，总结了地表变形演化特征，并结合有关规范建议了不同震级对应的地表避让距离。为有关规范的制订和修改提供了试验支持。
　　通过对100g重力环境下获取的大量地表高精度监测数据进行定量分析，直观的给出了逆断层错动过程中，覆盖层地表随基岩位错量的增加所呈现出来的变形特征。根据试验结果，估算了地表隆起的临界位错量和地表破裂的出露位置，研究了地表陡坎的平移规律和隆起规律，据此，本文提出将土体地表的变形过程分为整体抬升期、隆起变形期、陡坎平移期和变形减缓滞后期四个阶段。结合《危险房屋鉴定标准》和前人关于震害参数的统计关系，本文给出了不同震级对应的地表避让距离的建议。
　　5.本文试验工作进一步揭示了土体内部变形特征和破裂面扩展规律，丰富了强震地表破裂试验研究成果。
　　利用GepPIV技术研究了输入不同基岩位错时，干砂和湿砂覆盖层的土体内部变形场，提出并分析了破裂面发展的三个阶段，揭示了地震作用下逆断层错动时的土体内部变形规律和破坏机理，在综合分析地表和土体变形破坏分析的基础上，提出了土层破裂面的扩展趋势预测方法，为工程应用提供了重要的试验依据。
　　介于地震地表破裂这一问题的复杂性，利用土工离心机模型试验开展研究不失为探索这一问题的重要途径。本文的成果为进一步认识和研究逆断层错动引起的土体变形及确定发震断层地表破裂的避让距离等具有一定的理论意义和重要的工程利用价值，并为利用土工离心机开展地震地表破裂研究提供了有意义的借鉴。