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为研究40°斜穿地裂缝分段式马蹄形衬砌结构受地裂缝影响的变形破坏模式、特殊变形缝的三维变形特征，从西安地铁隧道工程背景和西安地裂缝地质环境出发，根据相似理论设计分段式马蹄形隧道衬砌结构40°斜穿地裂缝的物理模型试验。模型顶面土体沉降、结构底部土压力分布、变形缝三维变形特征表明：分段式马蹄形隧道衬砌结构40°斜穿地裂缝时其破坏模式为顺变形缝发生整体剪切变形破坏，变形缝发生垂直位错、轴向拉伸、水平偏移三维变形分量，管段结构混凝土没有破坏；变形缝拱项处的三维变形分量均分别大于其拱底