西安地裂缝成因机理及灾害防治措施分析

西安地裂缝成因机理及灾害防治措施分析

沈红艳;付善春;李世成;王福龙;刘佳易

【摘要】西安是我国地裂缝分布最密集、遭受地裂缝灾害影响最严重的城市之一,地裂缝活动引起的地面不均匀沉降已经造成邻近建筑物、文物古迹和市政交通设施不同程度的破坏;为了研究西安地裂缝地质灾害特征,进一步采取防治措施,减轻地裂缝对人民生产生活影响,总结了西安地裂缝分布特征、成因机理及发展趋势,分析了西安地裂缝灾害特征,提出了相应防治措施,并模拟致灾严重的沙井村-秦川厂地裂缝带(f6)沉降曲线,为地裂缝影响区建设工程提供设计依据.

【期刊名称】《安阳工学院学报》

【年(卷),期】2018(017)004

【总页数】5页(P83-87)

【关键词】西安地裂缝;分布特征;成因机理;发展趋势;防治措施

【作者】沈红艳;付善春;李世成;王福龙;刘佳易

【作者单位】信阳学院图书馆,河南信阳464000;信阳学院土木工程学院,河南信阳464000;信阳学院土木工程学院,河南信阳464000;信阳学院土木工程学院,河南信阳464000;信阳学院土木工程学院,河南信阳464000

【正文语种】中文

【中图分类】TU42

我国是受地裂缝灾害影响最为严重的国家之一，但在地裂缝问题的系统研究方面起

步比较晚。谢广林[1]分析了地裂缝分布区域性特点和地壳活动趋势的联系，认为

地裂缝是区域性地壳剧烈变动在地表产生的一种缓慢变形，并提出构造成因观；易学发[2]考虑了地面不均匀沉降和深水井水位动态变化与地裂缝活动之间的时间关系，认为西安地裂缝发展的主要原因是超采地下承压水导致的地面下沉；夏其发和张咸恭[3]通过对汾渭地堑地裂缝成因的研究，提出了地裂缝是由构造和地震作用，其后又受人类活动和外力作用共同作用的结果。武强等[4]研究分析了我国地裂缝

灾害的分布特征，认为地裂缝具有不可抗拒性、成带性、方向性和周期性的灾害特点，并根据地裂缝的不同成因提出了建筑物加固及减轻地裂缝灾害的措施；李新生[5]等认为西安地裂缝的形成和发展主要受地质构造和人类活动等因素的影响，而

近期地裂缝的剧烈活动主要由过度汲取地下承压水引起的地面不均匀沉降引起，并预测西安地裂缝的剧烈活动有减缓或逐渐稳定的趋势。

1 西安地裂缝的基本特征

1.1 西安地裂缝的分布特征

西安城郊区自北向南共发现地裂缝带13条，包括已出露地表的地裂缝和未出露的隐伏地裂缝，其中几条地裂缝周围还伴有次生地裂缝。其分布范围西至唣河，东到纺织城，南起三爻村，北至井上村，面积约155 km2，地裂缝带出露总长度72 km，延伸总长度约114 km。西安地裂缝主要发育在特殊的黄土梁洼地貌范围内，具有成带状发育、准平行等间距、西北向展布和主地裂缝均显示南倾南降的特点。西安地裂缝具体分布如图1，采用自北向南的编号顺序分别为：大明宫-辛家庙地

裂缝带（f1）、红庙坡-八府庄地裂缝带（f2）、劳动公园-铁路材料总厂地裂缝带（f3）、西北大学-西光厂地裂缝带（f4）、黄雁村-和平门地裂缝带（f5）、沙井村-秦川厂地裂缝带（f6）、小寨-铁炉庙地裂缝带（f7）、大雁塔-北池头地裂缝

带（f8）、陕西师范大学-陆家寨地裂缝带（f9）、新开门-电视塔南地裂缝带

（f10）、新小寨地裂缝带（f11）、东三爻地裂缝带（f12）、曲江池地裂缝带

（f13）。

图1 西安市地裂缝分布图

目前，西安城郊区十余条地裂缝在发生时间上虽然有着先后递进次序，在细部构造上呈现出几种不同的破坏形态，但仍存在着许多共同特点[2]（图2）：①地裂缝均发育在特定的构造地貌处，主要位于黄土梁南侧的坡脚下，沿黄土梁和洼地过渡带延伸。②宏观上有统一的延伸方向，总体走向为西北70°～80°，近似平行于临潼-长安断裂，且多由主裂缝和其伴生次裂缝组合而成，带宽从数米到数十米。③地裂缝总体具有连续性，每条地裂缝可达数公里至数十公里的延伸长度；主地裂缝基本上为平行等距排列，每条地裂缝带间距1.2～1.8km。④主、次地裂缝在地表出露形式多样，呈锯齿状、斜列状、雁列状等破裂形态，剖面上多呈锯齿状或阶梯状，裂面粗糙且裂口呈现上宽下窄。

图2 西安地裂缝与地貌构造关系图

1.2 西安地裂缝的成因机理

1）地下水成因说

地下水成因说是西安地裂缝成因最早提出的观点。此观点认为西安地裂缝是由于过量抽取地下水导致大面积地面沉降引起的，在差异沉降剧变带上，由于两侧岩土体变形差大于其极限应变能力而导致了地裂缝的产生。多年来由于西安市近郊区过量抽汲地下水，致使承压水位大幅度下降，导致地层释水压密，引发了大面积地面沉降。由于地裂缝两侧黏性土层厚度差异与土体松动破裂程度不同，使地裂缝两侧释水压密变形沉降程度不同，进而加剧了地裂缝的垂向活动[6]。

2）构造成因说

西安断陷一直处于下沉状态，长安-临潼断裂也进行着南升北降的活动，西安13条地裂缝带均处于下降的北盘，其分布及活动均受长安-临潼断裂控制。对于西安地裂缝的构造成因机制，许多学者先后从不同角度提出了概化模式，基本上一致认

为地裂缝是由基底伸展断裂系在横向张拉应力场作用下形成。其中代表性的有张家明[7]的断块掀斜成因，他认为在西北向区域引张应力作用下，以断块掀斜为主要

活动形式的西安伸展断裂系活动构成了西安地裂缝形成和发展的本质；王兰生[8]

的构造重力扩展成因认为临潼—长安断层的张拉造成侧向卸载临空致使西安地裂

缝的形成；水平力偶作用成因的研究者认为，西安地裂缝是由于近西北向反力偶的作用而产生雁行排列的张性破裂。

3）综合成因说

综合成因说认为西安地裂缝的形成是在隐伏断裂构造发育的基础上，加之过量开采地下水为诱因共同作用的结果。但二者的作用又不同，地裂缝是土层中的剪切破碎带在近地表处的延伸扩展，而过量抽取地下水使弱透水层压缩而改变土层中的应力状态，却会造成地裂缝超常活动。

1.3 西安地裂缝的发展趋势

西安地裂缝经过长期的发展，其活动表现出一定的规律性，根据地裂缝的监测资料和学者们对地裂缝的研究[2,9]，有如下发展规律：

1）西安地裂缝的活动速率具有不均匀性

西安市东南郊一带活动速率较高，而西北郊则相对较弱，总体规律为南部大于北部，东部大于西部，同一条地裂缝的活动速率在不同地段也有不同程度的差异，而这种地区差异性是市区地下水超采引起地面不均匀沉降的反映。

2）西安地裂缝的活动具有三维运动的一致性

地裂缝的活动是一缓慢的蠕动过程。总体表现为主地裂缝南侧下降，北侧相对上升，且上升和下降的速度也不同。监测资料表明，西安地裂缝有垂直位移、水平拉张和水平扭动三个方向的活动，其中垂直位移最为剧烈，水平拉张次之，水平扭动最小，三者之比为1:0.31:0.03。

3）地裂缝活动具有周期性