隧道震害调查表明,断层黏滑错动易导致隧道结构严重破坏甚至垮塌,危及结构安全并造成重大的经济损失。因此,增强隧道支护结构体系的抗错断性能,以保障生命线工程的通畅,是高烈度地震区穿越活动断层隧道亟需解决的问题。目前,关于跨活断层隧道结构抗错断的研究,大多集中于衬砌接头部位和减震隔离层,对提升衬砌本身性能的研究较少。基于此,本文依托云南格巧高速公路某穿越活断层隧道工程,在依托工程所采用的常规组合支护结构基础上,引入纤维增强高性能工程水泥基复合材料（ECC）,提出一种新材料组合支护结构。研发穿越活断层隧道多功能错动模型箱,结合相似理论开展隧道断层错动模拟试验设计和模型试验,研究黏滑错动下隧道组合支护结构体系的位移模式、纵/环向受力及破坏特征,对比分析常规及新材料组合支护结构的抗错性能。进一步通过建立考虑围岩-断层-隧道结构相互作用的三维计算模型,开展不同围岩及断层型式下的隧道错动数值模拟分析,探讨新材料结构错动响应规律。主要研究内容及结论如下:（1）在调研并总结已有断层错动模拟装置特点基础上,结合相似理论完成了多功能断层错动模拟装置设计与加工,该模型箱可精准控制错动位移,通过替换相应模块,可模拟多种断层倾角和错动方向。采用数值模拟方法,分析了装置边界效应对试验结果的影响,验证了采用该模型箱开展错动模拟试验的可行性。开展了围岩、C30混凝土、ECC相似材料配制及材料物理力学性能试验,为跨断层隧道模型试验相似材料配制提供有益参考。（2）针对常规和新材料组合支护结构,开展了不同错动位移下的逆断层错动模型试验和数值模拟分析。试验和计算结果表明:1)逆断层黏滑错动下,两种组合支护结构的拱顶及仰拱竖向位移均沿纵向呈“Z”形分布。断层错动面两侧衬砌节段位移差随错距增大呈现非线性增加。断层位错迫使衬砌节段间出现错台并产生竖向收敛,但新材料结构的错台范围比常规结构减小了14.3%,竖向收敛也降低了17.4%。由此可见,缩短衬砌节段长度可以减弱断层位错对衬砌结构的扰动程度。2)随着错动位移的增加,错动面附近的衬砌结构应变增大,增幅因部位不同而异。相比于常规结构,新材料结构的纵向、环向应变均有不同程度的减小。如断层错距9cm时,新材料结构墙脚的最大环向拉、压应变较常规结构分别降低了60.6%和46.5%,仰拱纵向最大拉、压应变分别降低了28.1%和34.3%。增加减震层厚度增强了隔离缓冲作用,改善了结构纵向及环向的受力条件。3)从结构开裂部位及破坏特征看,两种结构开裂部位均位于临近错动面的衬砌节段,错动破坏主要表现为开裂等现象。其中,常规结构在错动面处出现局部掉块、裂缝内外贯穿等导致结构丧失承载力的破坏特征。而新材料组合支护结构得益于PVA纤维增韧作用,衬砌无内外贯穿裂缝,开裂以微裂缝为主,开裂范围缩短,混凝土保护层破坏但未脱落,表现出更强的抗错性能。相同错距下,采用新材料组合支护结构的墙脚及边墙最小安全系数分别提高了4.46～5.88倍、2.67～6.10倍。而且,常规结构的安全性对断层错距更敏感,说明新材料结构能更好地将错动破坏局部化。4)采用数值计算方法得出的位移分布模式一致,拱顶内侧、仰拱内侧竖向位移与试验量测值较为接近。结构损伤部位及破坏特征与模型试验基本一致。可见模型试验和数值模拟均能较好地反映逆断层错动下的隧道受迫位移模式。（3）不同围岩条件及断层型式下新材料结构错动的数值模拟结果表明:当上下盘岩体强度不变,随着断层破碎带围岩强度的降低,逆断层错动下,新材料组合支护结构的损伤程度有所减小,但结构损伤范围有所增大。当上、下盘及断层带围岩强度均下降时,会增大结构的损伤范围,结构损伤最严重部位向上盘区域变化。三种断层型式对结构损伤程度的影响从大到小依次为正断层、走滑断层和逆断层。从造成的结构损伤范围看,走滑断层错动的损伤范围明显大于正、逆断层。