活动断层是产生地震的根源,断层错动一方面会在介质中传播引起地层永久变形,另一方面会产生强烈的地震波并向周围辐射,对近断层区域的地上和地下结构造成严重破坏。随着我国基础设施的高速发展,隧道工程通过活动断层成为不可避免的事实。目前,依据活动断层开展的隧道抗震研究还不够深入,并未将实际发震断层纳入研究范围。为了从活动断层出发,研究断层位错引起的地层变形及其对隧道结构的破坏机理,为通过活动断层的隧道工程抗震设防提供参考依据,本文主要完成了以下研究工作:(1)完成了典型位错理论计算方法的比较研究,把握了不同方法的适用条件。以分层位错理论为基础,对水平分层半空间中断层位错引起同震变形进行解算,并对计算精度进行了验证。以1976年M_w7.8级唐山地震为例,对本文计算方法和Okada方法进行了比较研究,研究结果表明考虑地壳分层的影响可达到20%以上,在实际计算中不可忽视。(2)通过引入断层面凹凸体分布模型的理念,研究建立了基于活动断层凹凸体震源模型的土体变形计算方法。将凹凸体震源模型引入到同震变形的计算中,基于静态位移的叠加原理实现断层面位错不均匀分布的模拟。以1989年M_w6.95级Loma地震为例,验证了凹凸体模型在同震变形计算中的合理性和优越性。并以M_w7.0级走滑和倾滑型地震为例,分析了断层位错不均匀性对地表变形的影响,研究结果表明在考虑断层面位错不均匀分布情况下,地表位移峰值出现在凹凸体所在位置,且量值有所增加。(3)基于提出的断层凹凸体的土体变形计算方法,研究把握了活动断层起因的地表变形空间分布规律和特点。利用引入凹凸体震源模型的同震变形计算方法,对断层作用下地表变形及强破裂带分布规律进行了研究。通过对不同地震工况进行大量的计算分析,分别建立了不同断层类型下地表最大位移和地表最大位错量与震级、断层埋深及断层倾角之间的关系式,相比于传统经验公式本文公式考虑了更多的影响因素,为特定地层地区的地震危害预测提供了参考依据。(4)基于活动断层位错评价宏观模型的结果,建立了考虑活动断层土体变形输入的岩土-隧道耦合反应与损伤分析模型,研究把握了跨断层隧道地震破坏机理和特征。从发震断层出发,基于位错理论得到的同震变形结果明确了围岩位置的地震位错荷载,建立了断层尺度和隧道尺度相结合的隧道位错反应模型,通过引入钢筋混凝土塑性损伤本构,研究了断层作用下跨断层隧道的损伤机理。研究结果表明,不同类型断层作用下隧道结构损伤程度、损伤位置及损伤范围都存在差异,断层倾角、断层埋深和围岩强度直接影响到隧道结构的损伤程度,小倾角、浅埋深的岩体隧道更需要考虑断层错动产生的影响,在工程中需针对断层实际特征具体分析。(5)基于位错评价和地震动评价模型,开展了位错-地震动耦合作用下隧道结构反应的初步分析,研究提出了基于位错-地震动耦合作用的隧道结构反应分析方案。在跨断层隧道位错模型基础上,基于黏弹性人工边界和等效节点力的地震动输入方法,建立了跨断层隧道抗震分析的静-动力耦合模型,对隧道在位错和地震动共同作用下的地震反应分析进行了初步研究。研究结果表明,断层位错和地震动共同作用会导致隧道损伤程度有所增加,但是地震动荷载的破坏效应小于位错荷载。