本文属于类型a：单一原创研究的学术报告

1. 研究团队与发表信息
本研究由Chenhu Lu、You Wu、Xiangxiu Li和Aiwen Liu（通讯作者）组成的团队完成，四位作者均来自中国地震局地球物理研究所。研究成果发表于《KSCE Journal of Civil Engineering》，文章标题为《Damage analysis of cross-fault tunnels considering fault dynamic displacement modes》，接收日期为2025年8月3日，DOI编号10.1016/j.kscej.2025.100369。

2. 学术背景与研究目标
科学领域：本研究属于地震工程与隧道结构抗震设计的交叉领域，重点关注活动断层动态位移（dynamic displacement modes）对跨断层隧道（cross-fault tunnels）的损伤机制。
研究动机：传统跨断层隧道设计通常假设断层位移为静态均匀滑动（quasi-static models），但强震观测表明，断层位移具有动态特征（如瞬态峰值位移、位移回弹和振荡过程），这些动态效应可能导致传统模型低估结构损伤。例如，2008年汶川地震和2022年门源地震中，跨断层隧道出现衬砌开裂、区块塌陷等破坏现象。
研究目标：通过建立考虑动态位移模式的有限元模型，揭示断层动态位移对隧道衬砌混凝土的损伤机理，并提出更精准的隧道抗震设防策略。

3. 研究流程与方法
3.1 有限元建模
- 研究对象：以滇中引水工程香炉山输水隧道为原型，模拟其穿越走滑断层（strike-slip fault）的工况。隧道断面为圆形（外径10米，衬砌厚度0.85米），采用C30混凝土和HRB400钢筋（配筋率0.2%）。
- 材料模型：
- 混凝土采用塑性损伤模型（Concrete Damaged Plasticity, CDP），通过GB 50010-2010规范定义其拉伸与压缩应力-应变曲线及损伤因子（图4）。
- 围岩与断层破碎带采用Mohr-Coulomb准则，参数见表1（如断层带弹性模量1.0 GPa，摩擦角29°）。
- 模型设置：模型尺寸300m×100m×200m，通过Abaqus软件建立隧道-围岩-断层相互作用模型（图5-6），并设置接触算法模拟界面滑移与分离行为。

3.2 动态位移模式设计
基于Chen（2023）改进的位移模型（式1-4），定义了四种位移加载模式（图3）：
- 模式A：仅永久位移（permanent displacement，静态加载）；
- 模式B：仅峰值位移（peak displacement）；
- 模式C：永久位移+峰值位移；
- 模式D：永久位移+峰值位移+振荡过程（oscillation process）。
加载条件包括永久位移0.5m和2.0m两种工况（表2）。

3.3 损伤指标分析
通过多指标评估隧道损伤：
- 截面变形率（式5）：反映衬砌收敛变形；
- 裂缝宽度（式6）：基于混凝土拉伸损伤因子（dt）和等效塑性应变计算；
- 混凝土整体损伤指数（OLDC/OLDT，式7-8）：量化压缩与拉伸损伤范围。

4. 主要研究结果
4.1 动态位移对截面变形的影响
- 变形集中于断层破碎带附近，动态位移模式（模式D）的最终变形率与静态模式（模式A）接近（图10），但因峰值位移导致塑性应变（PEEQ）积累显著增加（图11）。例如，在0.5m位移下，模式D的PEEQ比模式A高35%。

4.2 裂缝扩展与混凝土损伤
- 裂缝宽度：动态位移模式（模式C/D）的裂缝宽度接近仅峰值位移模式（模式B），且比静态模式（模式A）扩大1.8倍（图12）。
- 损伤指数：振荡过程使衬砌拉伸损伤（OLDT）增加112%（图14），损伤范围扩展至断层带外30米（图15）。

5. 结论与价值
科学价值：首次量化了断层动态位移模式对隧道材料损伤的放大效应，证明传统静态模型低估了混凝土塑性损伤和裂缝扩展风险。
应用价值：建议在跨断层隧道设计中，根据动态位移特征扩大设防范围，并优先加强断层带区域的抗拉性能。

6. 研究亮点
- 方法创新：结合地震工程位移模型与多模式加载方法，实现了动态位移过程的精细化模拟。
- 发现创新：揭示峰值位移和振荡过程对混凝土损伤的累积效应，提出“隐式损伤风险”概念。
- 工程意义：为川藏铁路、滇中引水等重大工程提供抗断层位移设计的理论依据。

7. 其他补充
- 局限性：模型未考虑断层多期活动或三维地震动耦合效应，未来需进一步验证。
- 资助信息：研究受国家重点研发计划（2023YFC3007404）和中国地震局地球物理研究所专项基金（DQJB22B22）支持。