7-1 第七讲——地面变形地质灾害-地裂缝

人类活动诱发地面变形：修路开挖边坡、采矿地面塌陷、城市建设平整土地、农 业活动中的梯田改造等
三、中国地质灾害的分布规律

东部地区（地势低平、人口密集、经济发达） 长白山、燕山山地、松辽平原地面塌陷灾害区； 华北平原、长江中下游平原地面沉降、地面塌陷灾害区； 东南沿海丘陵特殊岩土变形和地面塌陷灾害区； 台湾地震、地面沉降为主塌陷灾害区。 中部地区（黄土高原、中低山） 黄土高原湿陷、地裂缝、地面沉降塌陷灾害区； 秦岭、川鄂、横断山地区地面塌陷灾害区； 长江上游平原、云贵高原岩溶塌陷区。 西部地区（高山、高原、人烟稀少） 内蒙高原、准葛尔盆地、塔里木盆地土地砂化和盐渍化地面变 形灾害区； 天山、昆仑山地震地面变形灾害区； 大兴安岭北段山地冻融塌陷灾害区； 青藏高原山地岩土冻融、地震塌陷灾害区。
2.地裂缝灾害的非对称性和不均一性
地裂缝的灾害效应在横向上由主裂缝向两侧致灾强度逐渐减 弱，且地裂缝两侧的影响宽度以及对建筑物的破坏程度具有 明显的非对称性。 如，山西大同铁路分局地裂缝的南侧影响宽度明显比北侧 的影响宽度大。 同一条地裂缝的不同部位，地裂缝活动强度和破坏程度也有 差别。在转折和错列部位相对较重，显示出不均一性。 如，西安大雁塔地裂缝，东段活动强度最大，塌陷灾害最 严重，中段灾害次之，西段的破坏效应很不明显。（刘玉海， 1994） 剖面上，危害程度自下而上逐渐加强，累计破坏效应集中于 地基基础与上部结构交接部位的地表浅部十几米深的范围内 。
第七讲 地面变形地质灾害
陈丽霞
中国地质大学（武汉）地空学院 地球信息科学与技术系
主要内容
一．概述 二．地面变形地质灾害的类型 三．中国地面变形地质灾害的分布规律 四．地面塌陷 五．地面沉降 六．地裂缝
一、概述
• 地面变形地质灾害的定义 广义：指因内、外动力地质作用和人类活动而使地面形态发 生变形破坏，造成经济损失和（或）人员伤亡的现象和过 程。 如，构造运动引起的山地台升和盆地下沉；抽取地 下水、开采地下矿产等人类活动造成的地裂缝、地面沉降 和塌陷等。 狭义：指地面沉降、地裂缝和地面塌陷等以地面垂直变形破 坏或地面标高改变为主的地质灾害。
河北平原地裂缝走向玫瑰花图和组系图 （王景明，2000）
中国东部部分地区地裂缝分布示意图（王景明，2000）
平面上：地裂缝多呈带状分布；且裂缝一般 呈直线状、雁行状或锯齿状。 剖面上：多呈弧形，V形或放射状。 规模上：多数地裂缝长度为几十米至几百米 ，长者可达几公里；宽度在几厘米到几十厘 米之间，最宽可达1m以上；裂缝两侧垂直落 差在几厘米到几十厘米，大者可达1m以上， 但也有没有垂直落差者。 如山西大同机车厂——大同宾馆的地裂 缝长达5KM。
五、地裂缝的成因机制和形成条件
1. 构造地裂缝
构造活动
决定地裂缝活动的 性质和展布特征
（1）构造地 裂缝是在构 造运动和外 动力地质作 用（自然和 人为）共同 作用的结 果。
断层蠕滑
隐伏构造 地裂缝
地震活动
采矿、抽取 地下水等人 类活动
非构造因 素诱发地 裂缝
决定地裂缝发 生的时间/地段 /发育程度 构造活动 形成地裂 缝
1976年唐山大地震前后，大别山北 麓山前倾斜平原出现的大量地裂缝 主要分布在豫东南和皖西南的11个 县市，其范围南北宽近100km,东 西长约150km
中国东部部分地区地裂缝分布示意图（王景明，2000）
中国各区地裂缝 发育程度对比表 （王景明等 2001）
五、地裂缝的成因机制和形成条件
成因之争
成因的研究，始于西安地裂缝的讨论。
构造成因论：认为西安 地裂缝是因为基底伸展 断裂系在横向拉张应力 场作用下，并同时叠加 了地下水开采的影 响。——王景明，王兰 生，彭建兵， 1986,1994,2006
地面沉降成因论：认为 西安地裂缝是因为过量 抽取地下水而引起地面 沉降所致，在差异沉降 陡变带上，由于两侧变 形差大于岩土体的极限 应变能力而发生地表破 裂，而局部地质构造只 对其起控制作用。—— 吴在宝，钟龙辉，1986 年
基于SPOT-5图像解译的唐山市煤矿采矿沉陷区分布图
（李成尊等，2006）
二、地面变形地质灾害的类型
1.

按地面变形的形式分类
地面沉降 地面塌陷
地裂缝
渗透变形 特殊岩土胀缩变形
2. 按地面变形的成因分类 内动力地面变形：地震裂缝、地震塌陷、构造地裂缝、火山地面变形等
水动力地面变形：由地表水和地下水运动引起的地面变形，如由江河湖海波浪和 水流冲蚀而形成的库岸再造、岩溶水动态变化造成的岩溶塌陷、过量开采 地下水引起的地面沉降、坡面流引起的地面冲刷等 重力地面变形：崩塌、滑坡、黄土湿陷等
汾渭盆地、太行 山东麓平原和大 别山东北麓平原 形成了三个规模 巨大的地裂缝发 育地带。
河北平原地裂缝发育时间图
中国东部部分地区地裂缝分布示意图（王景明，2000）
四、中国地裂缝的分布
中国地裂缝主要 是断裂构造蠕变 活动而产生的构 造地裂缝。（王 景明等，2000）
汾渭盆地、太行 山东麓平原和大 别山东北麓平原 形成了三个规模 巨大的地裂缝发 育地带。
构造活动形 成地裂缝
构造地裂缝成因机制框图
构造地裂缝——内因：
构造地裂缝大都形成于隐伏活动断裂带之上。若断 裂两盘发生差异活动导致地面拉张变形，或者因活 动断裂走滑、倾滑诱发地震影响等均可在地表产生 地裂缝。 缓慢的构造应力积累使断裂发生蠕变活动而形成地 裂缝。这种地裂缝分布广、规模大、危害最严重。 区域应力场的改变，使土层中构造节理开启也可发 展为地裂缝。如1966年邢台地震后，华北平原在区 域应力调整过程中出现了大范围的地裂缝灾害，并 于1968年达到高潮。
3.灾害的渐进性
地裂缝灾害是因地裂缝的缓慢蠕动扩展而 逐渐加剧的。 因此，随着时间的推移，其影响和破坏程 度日益加重，最后可能导致房屋及建筑物的 破坏和倒塌。
4.灾害的周期性
在时间序列上，地裂缝灾害往往表现出一定的周期性。 当区域构造运动强烈或人类过量抽取地下水时，地裂缝活动 加剧，致灾作用增强，反之则减弱。
1968年7月25日，山东莒 县，郯城一带发生8.5级 强烈地震时，郯城某乡学 生李献玉的房内出现了地 裂缝，随即他被陷入缝中， 几次试图爬上来都没有成 功。正当他无可奈何时， 裂缝内突然喷涌出水，一 下子把他托出了水面，他 趁势爬了出来，安然无恙。
二、地裂缝的特征
1. 发育的方向性与延展性
2. 灾害的非对称性和不均一性
地 裂 缝
主要内容
概述 地裂缝的特征 地裂缝的类型 中国地裂缝的分布 地裂缝的成因机制和形成条件 地裂缝的危害 地裂缝灾害的防治措施
一、概述 1.定义 地裂缝是地表岩土体在自然因素和人为 因素作用下，产生开裂并在地面形成一定长 度和宽度裂缝的现象。 地裂缝一般产生在第四系松散沉积物中， 与地面沉降不同，地裂缝的分布没有很强的区 域性规律，成因较多。
今构造活动程度，其次是崩塌、滑坡、塌陷等灾
害动力活动程度以及动力活动条件等。
六、地裂缝的危害
构造应力
主要危害：
裂缝蠕滑、错动 表土破坏、地基破坏 地下工程破坏
重力
房屋开裂
地面设施破坏
农田漏水
地表建筑破坏
地裂缝成灾机理框图
截至2001年，我国地裂缝造成的经济损失约为91.2 亿元，其中华北地区的损失占70%。
中国部分省区地裂缝灾害损失表（王景明，2001）
七、地裂缝灾害的防治措施
地裂缝灾害多数发生在由主要地裂缝所组成的地裂
缝带内，所有横跨主裂缝的工程和建筑都可能受到
破坏。 防治原则： （1）人为成因的地裂缝：预防为主、合理规划、严 格禁止地裂缝附近的开采行为。
（2）自然成因的地裂缝：避让为主；加强调查和研
2. 非构造地裂缝
非构造成因的地裂缝常伴随崩塌、滑坡及 地面沉降等灾害而发生；矿山塌陷、岩溶 塌陷以及特殊土的理化性质改变也会引发 地裂缝。 其纵剖面形态大多呈弧形、圈椅型或近于 直立。
四、中国地裂缝的分布
中国地裂缝主要 是断裂构造蠕变 活动而产生的构 造地裂缝。（王 景明等，2000） 1982年，出现4条近SN向地裂 缝，构成长约500m,深约2.53.0m,宽约15m 的地裂缝带。
3. 灾害的渐进性
4. 灾害的周期性
1、地裂缝发育的方向性与延展性
地裂缝常沿一定方向延伸，在同一地区发 育的多条地裂缝延伸方向大致相同。 据统计（王景明，1994），河北平原的 地裂缝以NE5°和NW85°最为发育。地裂缝 造成的建筑物开裂通常由下向上，以横跨地 裂缝或与其成大角度相交的建筑物破坏最为 强烈。
太 原 市
地 面 沉 降
西安大雁塔
无锡市
地面塌陷
地裂缝
随着人类活动的加强，人为因素已经成为 地面变形地质灾害的重要原因。 因此，在发展经济、进行大规模建设和矿 产开采的过程中，必须对地面变形地质灾 害及其可能造成的危害有充分的认识，加 强地面变形地质灾害的成因、预测和防治 措施的研究，有效减轻地面变形地质灾害 造成的经济损失。
究，开展地裂缝易发区的区域评价。
汾渭盆地、太行 山东麓平原和大 别山东北麓平原 形成了三个规模 巨大的地裂缝发 育地带。
中国东部部分地区地裂缝分布示意图（王景明，2000）
四、中国地裂缝的分布
中国地裂缝主要 是断裂构造蠕变 活动而产生的构 造地裂缝。（王 景明等，2000）
全长约800km，共400 多处地裂缝，共涉及50 个县市。
6月至12月
1.3
雨季及用水平衡期
5月至6月
7.5
枯水期
1月至5月初
0.6
用水稳定期
2 4 垂直变形量/mm 6 8
0
山西大同机车厂地裂缝垂直变形量的周期性变化趋势
5.其他活动特性
中期活动具有张合期，呈现南震北裂和北 震南裂的交替变化 在多数张合期中，华北地裂缝分布区内， 存在前期是南部苏、鲁、皖、豫区多强震，而 北部陕、晋、冀区则地裂缝活动强烈，这种现 象成为南震北裂；到后期则位置对调呈现北震 南裂现象。 原因：地壳不同层位能量释放顺序的交替， 反映地壳中深层能量释放的强震活动，与反 映地壳浅表层能量释放的地裂缝活动，在华 北南北部交替发生。