西安地裂缝

1西安地裂缝工程地质问题研究1.提出问题1.1选题背景与研究意义各地因为地裂缝每年有很多工程建设遭到破坏，而所造成的经济财产损失更是无法具体计算，西安市就是其中地裂缝发育较多的城市之一。研究地裂缝的成因、分布以及活动规律对人类的生活和经济建设有着重要的意义。地裂缝：地裂缝是地表岩、土体在自然或人为因素作用下，产生开裂，并在地面形成一定长度和宽度的裂缝的一种地质现象。当这种现象发生在有人类活动的地区时，便可成为一种地质灾害。1.2西安地裂缝的分布：图1西安地裂缝分布2西安地裂缝大多由主地裂缝和分支裂缝组成。少数地裂缝由主地裂缝、次生地裂缝和分支裂缝组成。西安地裂缝总体走向NE70°—85°，近似平行临潼—长安断裂带。倾向南东，倾角约为80°。有很好的连续性，每条地裂缝的延伸长度可达数公里至数十公里。西安地裂缝集中出现在西安市中心繁华区，建筑密度大的区域，危害严重。地裂缝总长达160km，涉及面积达250km2。ƒ1大明宫—辛家庙地裂缝带。长度为9.7km，总体走向NE75°，发育带宽度达15m。ƒ2红庙坡—八府庄—米家岩地裂缝带。长度为15.0km，走向约为NE70°—NE85°，发育宽度40m—60m。ƒ3北石桥—劳动公园—官亭西地裂缝带。长度为8.6km，总体走向NE65°—NE85°，发育宽度15m—45m。ƒ4丈八路—西北大学—幸福北路地裂缝带。长度为13.6km，走向NE70°，发育宽度22m—55m。ƒ5丈八路—和平门—灞桥热电厂地裂缝带。长度为15.8km。走向NE70°，发育宽度55m—110m。ƒ6丈八路—草场坡—秦川场—纺渭路地裂缝带。长度17.3km。走向NE65°—NE75°，发育宽度35m—70m。ƒ7北岭—小寨—铁炉庙—国棉四场地裂缝带。长度22.8km。走向NE65°—NE75°，发育宽度55m。ƒ8石羊村—大雁塔—北池头—新兴南路地裂缝带。长25.4km，走向NE75°，发育宽度30m。ƒ9齐王村—陕师大—大唐芙蓉园地裂缝带。长7.2km，走向NE70°，发育宽度30m—140m。ƒ10西姜村—射击场—新开门—长鸣路地裂缝带。长11.8km，走向NE55°，发育宽度10m—20m。ƒ11南寨子—交警总队—南窑村西地裂缝带。长2.5km，走向NE55°，发育宽度10m。ƒ12三森家居—东三爻—雁南四路地裂缝带。长3.2km，走向NE65°，发育宽度10m—20m。ƒ13雁鸣小区地裂缝带。长3.0km，走向NE40°，发育宽度10m—20m。ƒ14下塔坡村（清凉寺）地裂缝带。长2.0km，发育宽度20m。3由图2西安地裂缝分布可知，西安地裂缝一般北边呈现黄土梁地貌，而南边则是洼地，每条地裂缝都发育在西安黄土梁洼地貌的黄土梁南侧陡坡上,该位置也多为现代西安地面沉降槽的北缘。并且西安市北边相对于南边地裂缝发育规模更长。地裂缝之间具有似等间距性。1.2西安地裂缝的形成原因西安地区广泛分布有厚层黄土。黄土为一种特殊土,不仅具有遇水湿陷的特性,而且具垂直裂隙发育的特点。出露地表的黄土层可看到明显的垂直裂隙。当受力作用时不同深度的垂直裂隙易于贯通形成统一的裂缝。地下的黄土层受围压作用,垂直裂隙不发育,但是只要条件成熟,垂直裂隙极易形成,并贯通。因此,垂直裂隙发育的黄土层构成了地裂活动极好的地层介质基础。地裂缝的形成原因复杂多样，地壳的活动、水的作用和人类活动是导致地面开裂的主要原因。根据西安地裂缝成因机制研究成果,临潼长安断裂是西安断陷与骊山断隆的图2西安地裂缝分布4分界断裂。该断裂南东侧的骊山断块强烈上升,出露太古界混合岩化的片麻岩。而北西侧的西安断陷持续下沉,沉积有厚度达7000m的新生界。两侧第三系地层厚度相差近千米。临潼长安断裂为铲状断裂。该断裂在地质历史上的长期活动必然导致走向相同、倾向相反的次级断裂产生,这些次级断裂是西安地裂缝产生的主要构造条件。据地震勘探证实,现今活动的10条地裂缝均与下伏隐伏断裂相对应,这些隐伏断裂无疑是临潼长安断裂的一系列次级断裂。同理,次级断裂伴随临潼长安断裂活动也会导致更次一级的断裂产生。这些断裂走向与次级断裂相同,倾向相反,活动方式相同(正断型),活动强度较弱,在剖面上构成“Y”字型,图3所示这些更次一级的北倾断裂就成为北倾地裂缝产生的主要构造原因,北倾地裂缝的实际走向、活动方式(正断裂)及探槽所显示的地层断距随深度、年代增加而增大的特点均可说明这一点。西安地裂缝的形成与演化主要受构造活动和人为因素控制,地裂缝活动特征表现出既有构造属性又有人为因素影响的双重性质。由于构造因素与人为因素作用的相对强弱关系是一个随时间变化的变量。因而,地裂缝活动的特征属性也相应地表现出随时间变化的特点。当构造活动的影响占主导地位时,地裂缝活动表现出以构造属性为主的特点。反之当人为因素占主导地位时,地裂缝活动则表现出鲜明的非构造属性。2分析问题西安地裂缝是一种特殊的地区性的地质灾害,由于它对工程建设产生的不利影响,工程建设中需查明它的位置及采取措施避免其影响,所以它又是西安市工程建设中必须认真对待的岩土工程问题。地裂缝的存在阻碍着西安市的经济开图3西安地裂缝成因模式5发，它不仅危害现已建成的工程建筑设施，而且也影响着正在规划建设的各种工程建筑。在地裂缝带范围修建工程建筑，要考虑到地裂缝蠕动、地面沉降等对工程建筑的破坏，而分析建筑应该顺着地裂缝的走向建在地裂缝的上盘还是下盘，或者需要跨越地裂缝修建，对工程建设的安全有一定的帮助。在地裂缝带的这些施工建设都必须考虑到怎么避开地裂缝的影响，或者尽可能的减小地裂缝对工程建设的影响。据调查,每年有10多处供水管道被地裂缝错断破坏,尤其在湿陷性黄土区,管道断裂水下浸引起湿陷变形,造成了附近建筑物的不均匀沉降和马路严重变形。例如:西北大学西侧、植物园东侧、建东街等几十处马路由于地裂缝的长期活动使路面破裂,马路呈台阶状。又如太白路城市供水主干线曾被切断,造成当地大面积停水,马路路基也浸水湿陷,交通几乎中断。另外,近年来纵横埋设的天然气管道,若防范措施不及时,有可能出现天然气外漏的恶性事故。西安市正在规划修建地铁，地裂缝就是工程建设中一个重要的工程地质问题，（1）当地裂缝与地铁隧道成一定角度斜交时，地裂缝的活动可能会使隧道产生倾斜裂缝，导致衬砌开裂。（2）当地铁与隧道正交时，在地裂缝的垂直位移作用下，地铁隧道衬砌可能环向开裂，产生隧道环向裂缝。（3）当地裂缝与隧道重合或者平行时，在地裂缝的垂直位移作用下，并且地铁上部及地表存在严重的压力不均，即所谓的“偏压”，可能会使隧道产生衬砌产生危害更严重的纵向开裂。如果纵向裂缝平行与隧道轴线，其危害最大，可能引起地铁隧道掉拱、边墙断裂甚至整个隧道塌方。（4）当地裂缝活动量突然变大，远远超过了隧道衬砌的允许变形量，由于地裂缝垂直错动导致隧道有可能发生直接剪断破坏。3解决问题由于构造地质作用所引发的断裂是人为所不能改变的,地裂缝本质是深部构造活动向地表延伸的断裂活动之痕迹,因此人类无法阻止其活动,地基处理也不能阻止其发展,只能是在查明其分布范围之后,在拟建物规划设计时予以避让;对必须跨越地裂缝的管道,可采取柔性联结;在地裂缝影响范围内的建筑尚应采取结构措施。大量工程实例表明,若建筑跨越地裂缝布置,由于上盘下降,下盘相对上升,建筑产生不均匀沉降,这种不均匀沉降随时间累积,造成建筑开裂,裂缝宽度随时6间而加大。因此,原则上任何建筑不得跨越地裂缝布置。个别特殊情况,如地裂缝两侧的两幢建筑之间要设一连接体,该连接体允许跨地裂缝布置,但建筑物的基础在地裂缝两侧的位置应满足最小避让距离的要求,连接体的设计应轻型、梁柱铰接可调。应定期监测沉降,及时调整不均匀沉降和修筑地坪。在地裂缝影响区内的建筑,应加强其结构的整体刚度与强度,体型应简单。体型复杂时,应设置沉降缝将建筑物分成几个体型简单的独立单元。在地裂缝影响区内的砌体建筑,应在每层楼盖和层盖处及基础设置钢筋混凝土现浇圈梁,门窗洞口应采用钢筋混凝土过梁。在地裂缝影响区内的建筑宜采用钢筋混凝土双向条基、筏基或箱基等整体刚度较大的基础。应采取防水措施和用水量小的地基处理措施,避免地表水浸入地裂缝。对于铁路、公路及市政工程防治对策：重要的或大型的桥墩、泵站,检查井等应参照建(构)筑物类别采取避让措施。管线、桥梁等延伸方向与地裂缝走向一致时,宜置于相对稳定的下盘。穿越地裂缝的管线采用适应变形能力强的柔性管材。必须跨越地裂缝的桥梁上部结构可采用静定结构或柔性桥型。对于人为因素造成的长期抽汲深层承压水加快地裂缝活动的速度,为此严格控制深层承压水的开采能够减缓地裂缝的活动速率,减轻地裂缝对城市建设的危害。上世纪90年代,随着人们对地下水抽汲加剧地裂缝发展这一问题的高度认识,政府逐步关闭了自备井,并实施了黑河引水工程,严格控制地下水开采,同时严格限制开采热水井。该措施的实施已产生了明显的效果,近年来地下水位持续下降逐步得到遏止。有关变形观测资料显示,地面沉降也趋于缓和。