活断层错动往往会诱发地震,而在合适条件下,断层错动会贯通到覆盖层地面引起地表破裂并造成建筑物地基基础及上部结构的破坏,当前,这一问题一直是工程地质、土木工程研究及设计人员关注的热点科学技术问题之一。因此,需深入研究其对建(构)筑物的影响以及建(构)筑物的避让距离与抗断裂结构措施等问题。本文通过大尺寸、强基岩位错量下常重力模型试验并结合大变形数值模拟技术,研究了正断层错动作用下上覆粘土、砂土层的变形特征和破裂带的扩展;分析了其对独立基础的响应及避让距离。主要研究内容包括:(一)本文自主研制开发了一套可以模拟大尺寸、多错动量、多断层倾角下正、逆断层试验的大型断层错动模型试验装置。(二)在自由场场地中,系统性地开展了六组正断层断层错动模拟试验,探讨了断层倾角、不同类土质对地表破裂的影响。主要结论有:(1)地表隆起或不均匀沉降会随着基岩位错量的增大逐渐增大,土体内部最终会形成V字形剪切破碎带,破坏集中在上盘区域,其中粘土剪切破碎带的影响范围整体上大于砂土的。(2)一般来讲,在V字形剪切破碎带内及其附近的地表沉降量及土压力值变化均较其它部位明显。(3)在粘土场地中,断层倾角增大,地表隆起高度和破裂带影响范围增大,有向上盘扩散的趋势;不同土质工况下,粘土较砂土破裂到地表的破裂带更明显倾向于上盘区域,在同样的断层错动下,粘土可能会优于砂土的抗地表沉降能力;并给出了避让建议。(三)在独立基础场地中,系统性地开展了六组正断层断层错动模拟试验,探讨了断层倾角以及上覆土层厚度对地表上独立基础的影响,给出了合理的避让距离建议。主要结论有:(1)地表隆起或不均匀沉降会随着基岩位错量的增大而逐渐增大,并在适当的加载位错下,在土体横剖面上仍形成V字形剪切破碎带;其中粘土的剪切破碎带主要表现为向上部隆起,砂土的剪切破碎带主要表现为向下塌陷,总体来说处于偏上盘和V字形剪切破碎带内的基础较不安全。(2)在粘、砂土独立基础场地中,随着断层倾角增大,破裂带的影响范围更广且进一步向上盘扩散。(3)在粘土独立基础场地中,随着上覆土层厚度的增加,破裂带的影响范围增大,位于破碎带附近的基础对土层厚度的增大较为敏感。(4)结合基础覆盖层厚度和断层倾角给出了独立基础避让建议,最大合理避让距离为上盘42m,下盘18m。(四)在地表破裂大变形数值模拟中,模拟验证了典型自由场、独立基础场地模型试验并开发出了断层作用下地表破坏大变形数值程序。对粘土自由场地下的覆盖层厚度、基岩位错量;独立基础场地下的基础埋深、尺寸进行了多工况数值模拟分析:(1)覆盖层厚度、基岩位错量改变主要对上盘及破裂带附近区域沉降量和沉降差有较大影响,对下盘区域影响不大。(2)粘、砂土下基础尺寸增大改变,在破裂带附近区域内,能有效减轻强震破坏,在除此区域外的上、下盘范围,基础尺寸增大对减轻强震破坏没有明显改善。(3)无论粘土或砂土,基础埋深增大能够在一定程度上有效减轻地表破裂的影响。