断层错动过程中会使土体发生破坏,破坏区域往往呈现带状,形成一条甚至多条破裂带,而在地表破裂带露头处会形成地裂缝或陡坎,破裂带的扩展直接造成地下及地表各类工程设施的严重损坏。研究破裂带的扩展规律、确定破裂带可能出露地表的位置、影响区域的范围等是抗震研究中的一项重要任务。以往的研究均是基于水平场地,对倾斜场地条件下断层错动过程的研究还未见报道。相较于平坦水平场地,倾斜场地是更为一般的情况,水平场地的研究结果在倾斜场地条件下的普适性如何值得考虑。本文进行了倾斜场地下断层错动的模型试验,然后对断层错动数值模拟技术进行了改进,将常规有限元方法与改进的数值模拟技术结合,研究了倾斜场地下断层错动过程与地下隧道的相互作用。首先设计了常重力条件下的断层错动模型试验装置,基于非局部理论提出了一种PIV野向量的非局部消除方法。将非局部方法与几种常用的PIV野向量消除技术的结果进行了对比,表明非局部方法可以有效消除野向量,相对其他方法误差明显减小。将本方法应用到水平场地断层错动模型试验中,结果表明非局部野向量消除方法具有很好的实用性。最后利用断层错动装置并结合PIV技术研究了逆断层错动对地表倾角不同的上覆砂土层的影响,试验结果有助于揭示倾斜场地下断层错动的基本规律。断层错动过程中产生的破裂带实际为一种应变局部化现象。应变局部化带内材料变形剧烈,数值模拟时单元将发生较大畸变,将造成解的精度明显降低。而且应变局部化现象产生后材料将出现明显的应变软化现象,传统的弹塑性模型处理该类问题时会产生严重的网格依赖性。因此,选择合适的数值模拟技术和材料模型是准确模拟应变局部化现象的关键。基于增强有限元法,利用Dolbow等设计的非连续分片试验(discontinuous path test),研究了 Hansbo&Hansbo类有限单元法的数值分析精度和稳定性。从理论上揭示了分片试验失败的原因,并研究了细化积分子域对非连续分片试验的影响,最后推导出了一种求解Hansbo&Hansbo类有限单元刚度矩阵的解析积分方法。揭示了常规非局部模型不适用单元尺寸较大的情况的原因,然后基于合理假定内变量的分布形式,消除了单元平均作用,并获得一种改进的非局部模型,该模型在单元尺寸较大时不会退化。推导了一维拉伸杆件问题的常规非局部模型和改进非局部模型的解析解,并给出了二维问题的改进非局部模型,最后通过一个单轴拉伸模型验证了改进非局部模型的有效性。利用通用有限元软件ABAQUS并结合解析积分方法和改进的非局部模型,研究了倾斜场地下断层错动过程与地下隧道的相互作用,重点研究了隧道位置、形式和隧道间作用的影响,得到了一些有益的结论。