地质灾害——地裂缝(赵振振)

以垂直差异沉降和水平拉张破坏为主，兼有走向上的扭动。
3.3 三维空间有限性和不均衡性
地裂缝的破坏作用主要限于地裂缝带范围，它对远离地裂缝带的建筑物不具辐射作用，横向
上，主裂缝破坏最为严重，向两侧逐渐减弱，上盘灾害重于下盘。在垂直方向上，地裂缝灾 害效应自地表向下递减，地裂缝灾害具有走向分段性，这与地裂缝的形成机制、发育时间和 活动强度等有关。
地质灾害
地裂缝
工程力学
赵振振
1 地裂缝的概念及其特征
1.1 地裂缝泛指地表岩土体 中产生的一种线形破裂现象。 地裂缝灾害是地质灾害中的地 面变形灾害之一。它可能造成 各类工程建筑的直接破坏，引 发一系列环境问题，对人类的 生产和生活威胁极大。北京地 区位于燕山台褶带（山区）与 华北断坳（平原区）两个构造 单元交汇部位。历史上曾发生 过多起较强烈的地震，是地裂 缝灾害的发育区。
（6）矿山开采地裂缝防治措施
①开展回填采矿法 ②采用灌浆方法治理
5.3 加强监测工作
通过对地裂缝的监测，掌握其活动特征，分析发展趋势，在规
划设计阶段就采取必要的措施，可以达到事半功倍的效果。在建筑
物建设和使用中，监测可以随时掌握地裂缝变化，当变形达到设计
值时，及时采取工程措施，确保建筑物安全。
谢谢
2 地裂缝的分类
对不同成因的地裂缝采取有针对性的防治措施。地裂缝按成因一般
分为构造地裂缝、非构造地裂缝和混合成因地裂缝三类。以上三种地裂
缝在北京地区均有分布，以混合成因地裂缝为主。
2.1 混合成因地裂缝
混合成因地裂缝主要受地球内动力控制，人类活动加剧了地裂缝的 发展。北京顺义地裂缝带、高丽营-土沟地裂缝带和羊房—庙卷地裂缝带 都属于混合成因地裂缝。
形、曲线形，对地表建筑物破坏严重。
溶蚀地裂缝主要是因为可溶岩在水的作用下发生溶蚀形成
溶洞、溶隙，并发展到地面，造成地面塌陷和地裂缝。溶蚀
地裂缝主要发生在岩溶发育，覆盖层较薄的地区。 北京地区岩溶发育较弱，这一类型地裂缝较少发生。但是
由于近年来地下水位大幅下降，水压力降低，浮托力减小，
使地表地层失去支持，最终形成地面塌陷，造成地裂缝。
北京地区有膨胀地裂缝和干裂地裂缝分布。上世纪六、七十年代东郊朝阳、 通州地区多次出现膨胀地裂缝，并对建筑物造成了不同程度的损坏。主要是 由膨胀土的膨胀性、粘性土的干裂性造成的。
3地裂缝灾害的主要特点
3.1 直接性
建筑物，无论新旧、材料强度大小，以及基础和上部结构类型如何，均遭到破坏。
3.2 三维破坏性
（2）地震液化地裂缝
饱和的松散砂土在地震力的作用下，其孔隙水压力骤然上 升，孔隙水压力来不及消散，使原来由砂粒通过其接触点所
传递的压力减少。当有效应力完全消失时，砂层完全丧失抗
剪强度和承载能力，发生砂土液化。液化严重区可以造成喷 水冒砂，在地表形成地表塌陷和地裂缝。
图5地下水位标高与地裂缝布
（3）特殊岩土地裂缝
1.2 地裂缝特征，包括几何、运动学、动力学等三方面的特征。 ⑴地裂缝活动强度分为弱(活动速度＜2mm/a)、中等(活动速度2～ 20mm/a)、强(活动速度20～80mm/a)、超强(活动速度＞80mm/a)等 四种类型。 ⑵地裂缝活动方式分为垂直升降、水平拉张和水平扭动三种类型。 ⑶地裂缝活动范围的分为线状和片状两种，其中片状按比较连续或 相关的分布范围细分为小范围(＜1km2)、中等范围(1～10km2)、大 范围(10～100km2)和超大范围(＞100km2)四种。
活 动 特 点 及 其 时 空 规 律 性
场 地 土 体 结 构 及 其 力 学 特 征
与 活 动 断 层 的 双 重 构 造 作 用
作 用 强 度 特 点 及 其 规 律
与 地 下 水 产 生 的 作 用 关 系
不 同 类 型 建 筑 工 程 的 适 应 性
4.5地裂缝灾害危险性评估
地裂缝灾害危险性评估工作内容，包括破坏损失调查与统计，地裂缝场地
3.4渐变性
其一，遵循萌生期—生长期—扩展期的发育过程，不断向两端扩展，建筑物从最先发育地裂
缝的地段开始破坏，逐渐向两端发展，隐伏段经过一个时期也最终开始破坏。其二，建筑物 的破坏也是逐渐加重，最终贯穿于整个建筑物。其三，地裂缝并非同时发展，而是有先有后。
3.5群发性和区域性 3.6随机性和周期性
时间、地点、强度等往往具有不确性：受地质作用周期性规律的影响，地质灾害又常表现出 周期性特征。
4 地裂缝勘查与灾害评估
4.1地裂缝勘查的原则
（1）地裂缝的调查和勘查必须在已有地质环境资料基础上进行。重视资料收
集工作，力求全面认识地裂缝的成因，为布置实物工作量打好基础。
（2）在地裂缝勘查工作中，应把现场调查访问置于特别重要的地位。
图4 地震引发的地裂缝
2.3 非构造地裂缝
非构造地裂缝是指由各种外力地质作用产生的地裂缝。成因主要有
滑坡、崩塌地裂缝，塌陷地裂缝，特殊土变异地裂缝和地震液化地裂缝。
就北京地区而言，主要有塌陷地裂缝、特殊土地裂缝、地震液化地裂缝 这几类。
（1）塌陷地裂缝
一般可分为采空塌陷地裂缝和溶蚀地裂缝。 采空塌陷地裂缝与采空塌陷相伴产生。其产状较陡，地表表现为弧
表1 地裂缝场地避让安全距离及建筑物类型
5.2 控制地下水开采
过度抽取地下水引发地面变形是产生或加剧地裂缝活动的直接
原因。多种成因地裂缝均和地下水开采有关，所以在地裂缝场地内
应严格控制地下水开采，合理限制地下水开采范围、开采层位、开
采强度。
5.3 建筑物减灾防灾对策
⑴适当加固法
⑵部分折除法
⑶地基的特殊处理方法
顺义断裂是北京市一条主要活动断裂，现今仍在活动。探槽揭露在地表下 5m左右有一次明显的地震事件，时间大约2.5万年前，地层错断14cm，东南盘
下降。地层中出现顺断裂面向上延展的地裂缝，两侧有明显的变形，变形特
征与断裂面一致。
超量开采地下水对地裂缝活动起着诱发促进作用。顺义城区附近是地下水 的超采区。特别是80年代后期，燕京啤酒厂等大型企业大量开采地下水，逐 渐形成了以平各庄为中心的地面沉降区。在地下水过量开采，地下水位逐年
4.3勘查内容要求
（1）区域自然地理—地质环境条件；
（2）单个地裂缝及群体地裂缝的规模、性质、类型及特点；
（3）地裂缝的形成原因及影响因素；
（4）地裂缝的发展规律；
（5）地裂缝的危害性、未来的危险评价；
（6）地裂缝灾害的防治或避让工程方案。
4.4 地裂缝场地工程地质分析与评价内容
主要内容有：
空 间 展 布 特 征 、 成 因 类 型 和 规 模
下降的情况下，顺义断裂东南盘地面相对下沉，造成沿顺义断裂地面不均匀
沉降，形成地裂缝带。 黄庄-高丽营断裂也是北京平原区重要的断裂之一，地层岩性结构有明显差 异，为差异沉降提供了地质基础。近年来地面沉降速率一般在20～40mm/a， 加剧了地裂缝的发育强度，地裂缝两侧的差异变形量达到10mm/a以上。
（3）地裂缝勘查工作的重点是目前已经造成直接经济损失或将要造成较大危
害的地段。 （4）地裂缝勘查工作的布置，应考虑相应地区经济建设和社会发展的要求。
4.2பைடு நூலகம்裂缝勘查程序与方法
地裂缝勘查与防治是一项逐步深入的工作，一般应按下列步骤开展工
作：
（1）调查访问；
（2）开展地裂缝的地质测绘； （3）地球物理化学勘探； （4）槽探、钻探； （5）进行必要的岩、土、水样品测试； （6）根据需要设置地裂缝监测； （7）最后进行综合分析，分阶段提出防治对策。
⑷建筑工程措施
①加强地基的整体性
②加强建筑物上部结构刚度和强度，抵抗差异沉降产生的拉裂。
（5）生命线工程的防灾对策
对于线形工程，当无法避免跨越地裂缝时，在跨越地裂缝地段可以采取预
应力拱梁、悬空式架设等对不均匀沉降不敏感的结构，或在管道底部铺设一
定厚度的碎石层，减小差异变形量，设置专门监测网络，实时掌握地裂缝发 展变化，确保工程安全。
的岩土工程分析评价，以及对建筑物、生命线工程、地下工程、交通工程、
农业生产和水利工程等的危害性评价。 依据工业与民用建筑对地基 基础变形的要求，将地裂缝
周围地带划分为严重区、次
严重区和轻微区
表2 地裂缝灾害分区表
表3 地裂缝的影响因子及评价指标
5 防治措施
5.1 确定合理的避让距离
起因于构造活动的地裂缝向地表下延伸很深，对建筑物的破坏 是不可抗拒的。所以防治应以避让为主。 避让距离的确定，应在查清地裂缝发育现状和灾害程度的基础 上，综合考虑下部构造活动和地下水开采对地裂缝活动的影响，预 测地裂缝未来发展趋势。
2.2 构造地裂缝
构造地裂缝是指由地球内动力地质作用产生的地裂缝，其形成、规模、破 坏程度与地震、断裂活动及区域地应力场有直接的对应关系。在北京地区， 大部分构造地裂缝与断裂蠕动变形及地应力场有关。地裂缝具有明显的方向
性，其方向只受区域应力场和断裂活动控制，可出现张性、张扭性等不同性
质。 例如：唐山地震后，顺义马家富村，房山北山村、古庄、纸坊、瑞和庄，昌 平西辛峰，大兴鹿圈村，延庆大柏老村等地出现地裂缝，造成民房、厂房设 施开裂。