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我国活断层广泛分布,近年来快速城镇化使得城镇规模不断扩大,工业与民用建筑、地铁与输油管线等城市生命线工程不可避免地邻近或跨越断层。断层错动引起上覆土层破裂,对地表建筑物、地下管线和隧道等结构物造成巨大破坏,使人民生命财产安全受到严重威胁。本文采用常重力模型试验方法研究了逆断层错动作用下上覆砂土层的变形特征和破裂带扩展规律。主要研究工作包括：(1)研制了模拟断层错动引起上覆土层破裂过程的常重力模型试验装置。该装置可实现错动速率0～6mm/s、5个倾角(30/45/60/75/90°)的逆断层和正断层错动,模型土层厚度最大可达600mm。(2)提出了采用PIV技术量测断层错动过程中上覆土体位移和应变的方法,实现了断层错动过程中地表隆起(沉陷)、上覆土层主剪切区变形及土体破裂过程的精确刻画。(3)开展了9组逆断层错动模型试验,研究了逆断层错动作用下上覆砂土层破裂过程、地表隆起变形及土层剪切变形,对比分析了断层错动速率、土层厚度、土体密实度、场地倾斜对上覆土层变形特征和破裂带扩展规律的影响。试验结果表明：1)逆断层错动过程中,上覆土层先后出现主、次2条破裂带。主破裂带起始扩展角与断层倾角一致,在向上发展过程中逐渐偏向下盘。当断层竖向位移达到土层厚度的5%左右时,主破裂带出露地表,此时扩展角β与土体内摩擦角Φ和地表倾角γ(以与断层倾角同向为正)满足β=45°-Φ/2+γ的关系。2)逆断层错动作用下,上覆土层可划分成三个变形区,即下盘的“静态区”、上盘的“刚性区”和破裂带附近的“主剪切区”。主剪切区总体呈偏向上盘的倒三角形。随着错动位移量增加,主剪切区向上发展,主剪切区地表宽度非线性增长,且增长速率随错动位移量增加而减小。3)地表隆起随着断层错动量增加而增大,最大地表坡度和坡度大于等于1/150的影响范围也逐渐增加,并最终趋于定值。当断层倾角为60°时,地表受影响范围约为土层厚度的1.0～1.3倍。4)逆断层错动试验速率(0.05/0.16/0.50mm/s)和土层厚度(200/400/600mm)对上覆土层破裂规律的影响不明显；土体密实度越大,破裂带出露地表所需的竖向错动位移越小,主剪切区和地表受影响区越小,但地表最大坡度和破裂带水平传播距离越大。5)场地地表倾角γ对土层剪切变形和破裂带扩展有重要影响。随着地表倾角增大,破裂带出露地表所需的竖向错动位移增大,破裂带水平传播距离减小。无论地表倾角γ由0°减小至-5°还是由0°增大至5°,均会导致地表陡坎最大坡角变大,地表受影响区域宽度变大。