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地裂缝的危害及防治0概述地裂缝，即地面裂缝，是地表岩层、土体在自然因素或人为因素作用下,产生开裂,并在地面形成一定长度和宽度的裂缝的一种宏观地表破坏现象。地裂缝是一种独特的城市地质灾害，自50年代后期发现，1976年唐山大地震以后活动明显加强，特别是进入80年代以来，由于过量抽汲承压水导致的地裂缝两侧不均匀地面沉降进一步加剧了地裂缝的活动，地裂缝所经之处，地面及地下各类建筑物开裂，破坏路面，错断地下供水、输气管道，危及一些著名文物古迹的安全，不但造成了较大经济损失，也给居民生活带来不便。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。[1]在陕西、山西、河北、山东、广东、河南及京津地区等1O多个省、市的300多个市县已发现地裂缝1000多处，危害严重的有400多处。据不完全统计，中国由于地裂缝灾害造成的经济损失已达数十亿元。1地裂缝的危害及现状1.1地裂缝的危害地裂缝的存在不仅对交通设施、城市生命线工程及土地资源造成破坏，同时也对各类工程建设如房屋，公路及地铁隧道等的施工和运营造成了不利影响。地裂缝的活动是通过地裂缝两盘土体垂直差异沉降量的增加表现的。当地裂缝两侧上体发生相对位移时，将产生局部形变场和位移场，使建筑物开裂或坍塌，桥梁损毁，地面变形，地下硐室、路基、管道变形或剪断[12]。矿产资源地下开采引发的地裂缝灾害会破坏地表形态，影响上覆植被生长，导致生态环境恶化，而且会破坏人民的生产生活设施，进而诱发一系列社会、经济问题。[50]1.2现状据有关资料，我国华北平原和汾渭地堑是地裂缝活动最为集中的地区，西安、大同、榆次、邯郸等城市更是深受其害。在国外，美国西南部亚利桑那州、内华达州、新墨西哥州以及加里福尼亚州等地区也已有大量的地裂缝出现。在黑龙江，目前已造成400多亩耕地被毁，发生多起行人、牲畜掉人地裂缝事件，造成严重伤亡事故，由于地裂缝具有强烈的透水性，对煤矿井下人员的生命安全也造成严重威胁[18]。清徐县平泉村至武家坡村等7个村庄自2002年春天出现地裂缝以来，其灾害呈现日趋加重的趋势，给当地村民的生产及生活带来了极大影响。影响带的宽度从3m左右到100多米不等，凡位于地裂缝带内的大部分建筑物都遭到了破坏[21]。北京顺义平原区的地裂缝分布于塔河-杨家营-顺义城区-北彩-木林一带，地表陆续出露约25km左右，总体上沿NE30○-50○方向展布，造成其附近建筑物的墙体、门窗等处破坏开裂，其平均速率14mm／a[22]。综上，地裂缝给环境，经济以及居民的人生安全所造成的危害是巨大的，对于地裂缝的勘察和防治方法的研究室必要的。2地裂缝的成因和分类要了解地裂缝，就必须先弄清其形成的机理和条件。从1920年美国首先发现地裂缝至今,有关地裂缝的研究及报道就没有中断过。地裂缝成因问题一直是其勘察、研究的难点和焦点。不同成因的地裂缝灾害作用特点和成灾机理也不相同，其成因模式也一直存在着争论,其中主要的说法有构造成因说和非构造成因说以及混合成因说。构造成因者如王景明等认为,地裂缝是基底断裂在统一区域应力场作用下,长期蠕动形成的隐伏微细裂缝,在地下水活动的附加作用下显现出来的一系列构造地裂缝[2~9]。非构造成因地裂缝,主要指地下水开采引起的地裂缝,是由于深层地下水的长期超量开采所引起的区域地面沉降背景上的差异地面沉降所致,而差异地面沉降则主要发生于第四系松散沉积区近山体地带、隐伏基底山脊、基底陡崖及深埋古河道边缘带[10]。董东林等发现地面沉降对地裂缝灾害的发生与发展影响巨大，特别是在地面沉降差异大的地点容易产生地裂缝，即在沉降盆地的中心产生明显的水平位移，水平位移的最大值出现在盆地边缘。[11]不同地区因为地形和地质环境的不同，所产生的地裂缝成因也有很大不同，李广忠认为黑龙江省地裂缝主要是由于开采煤炭资源而引发的[18]。李文杰等[20]对南阳盆地新野县地裂缝发生的地质环境背景、发育现状、成因及防治对策进行了论证，确定膨胀土为引发地裂缝的主要因素。姜振泉等[26]认为山西断陷带的地裂缝是在新构造活动加强的背景下彤成的，而地下水超采及地层、地貌等非构造环境对其发育也起着重要的制约作用。长安地裂缝成因有两种：一种是构造成因，一种是重力成因[39]。郝俊杰[40]、李俊[41]认为河北平原地裂缝地质灾害发育的主要原因是地下水漏斗的发生发展，地下矿产开采和线性构造活动带的活动。徐起浩[42]认为广东雷州半岛的地裂缝主要属构造蠕变地裂缝。另外，国外很早就开始对地裂缝的成因进行研究。1927年，美国的Jachens和Holzer[31]研究了亚利桑那州卡萨格兰德附近的地裂缝发育史，认为该地区地裂缝可能与大量抽水或隐伏基岩隆起有关。HanebergW.C.[32]通过研究，地面沉降与地裂缝的形成机制与深部断裂活动有关系，但尚需进一步深入分析。Rothenburg[33]等通过抽水引起的地面水平运动的理论计算，提出了地面水平运动或应变直接诱发地裂缝的观点。Helm[34]和王庆良[35]等则进一步借Darcy—Gersevanov广义渗流关系式，导出了抽水活动引起的承压含水层水平运动和应变解析表达式，并提出了含水层径向水平拉张应变诱发地裂缝活动的新机理。谢广林依据形态，力学机理，和成因等对地裂缝进行了详细的分类[30]。3地裂缝的发育机理了解地裂缝在形成之后会如何发展和变化对于我们应如何应对这种灾害也具有显著意义。王庆良等[16]基于Darcy—Gersevano广义渗流关系式，提出了抽水诱发地裂缝活动的含水层水平应变新机理，即抽水活动引起的含水层水拉张应变町能是地裂缝活动的重要诱发因素之一，只要地裂缝(或其下伏断层)位于抽水引起的外围拉张应变区域内，抽水活动就将会加速地裂缝活动；反之，若地裂缝位于抽水引起的内部挤压应变区域内，则抽水活动会对地裂缝活动起一定的抑制作用。并通过大同机车工厂现场抽水实验得到了初步证实。彭建兵等[17]通过大型物理模拟试验，证明了西安地裂缝的形成年代较为久远，是一种早就存在的接近地表的构造破裂面，只是过量开采地下水而使其重新开启而形成地表裂缝，如果没有急剧的构造应力变化或抽水等因素的影响，西安地裂缝将长久隐伏于地下并处于非常缓慢的蠕动状态，也就不会带来危害。部瑞梅[15]通过分析与实地研究，以及近20余年的工作结果表明，西安地裂缝目前仍处于不断的发展过程中，并证明构造活动至今仍对地裂缝的分布起着控制作用。赵超英等[23]，采用合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术对西安地区1992年至今的地裂缝的时空特征进行了监测，取得了大量数据，为西安地区地裂缝的解释和减灾提供数据支持。刁纯才[24]根据现场调查、勘探成果，在煤田地质环境条件分析的基础上，发现地裂缝通常随地面变形、地面沉陷的发生而发展，而断层发生局部活化效应时，也对地裂缝起着扩散放大的作用。王秀艳等[25]通过浅层地震法及高密度电阻率法物探对河北衡水地区地裂缝调查后发现：不同地区地裂缝发育深度与相应深层地下水水位降深呈线性关系。OkadaY.认为地裂缝的发育与隐伏断层有关[36]。李永靖等利用数值模拟方法研究后，认为地下开采对抚顺地区的地质环境造成了破坏，造成地表沉陷，为地裂缝的发育提供了运移空间及应力条件。[38]4地裂缝的监测与分析对于地裂缝的现状监测与分析十分重要，它可以决定防治时所采取的具体手段，必须得到应有的重视。王娅娟等[27]利用0．6m高分辨QuiekBird影像进行采空区地裂缝提取方法研究，并与实地调查结果相比较后，发现了两者基本吻合，证明了其使用的合理性。朱武等[29]，通过LAMBDA相位解缠得到西安地裂缝2009--2010年垂直形变时间序列，与水准数据的比较发现两者吻合得很好，证明了CRInSAR在地裂缝监测中的可靠性。孙萍等[37]通过应用三维离散元程序建立计算模型，分析了裂缝带错动对地铁区间隧道盾构管线的影响，得出了不同错距工况下隧道衬砌的变形和应力。5防治措施有关地裂缝的防治，现在仍处于研究探索阶段，虽然也取得了一定的成就，但总的来说要处理的困难还很多，方法和体系都还很不成熟。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，确定合理的避让距离是防治成败的关键。所以一般工程都是采取回避的方法，不过某些特殊的工程设施有时必须在地裂缝发育的区域进行建设，这个时候就必须考虑如何有效防治的问题。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[13]。对于地铁而言，针对地裂缝的活动性，处理地裂缝的主导思想是结构设计要适应地裂缝的变形：在地裂缝处设置变形缝，在靠近地裂缝处变形缝设置为lOm左右，远离地裂缝处变形缝按30m左右设置；在处理段内的衬砌结构时预留必要的空间，以便在地裂缝发生变形后地铁能够正常运营；在结构的防水上采取特殊方法，防水材料能够适应在大变形的情况下的防水要求。同时，在地裂缝处理段要采取可调高度的轨道结构类型来适应地裂缝处产生的变形，保证运营安全[12]。杨素新等[28]应用有限差分数值方法，模拟隧道围岩土层结构及衬砌的力学响应特性分析,证明沥青混凝土复合衬砌能够抑制地裂缝错动位移条件下永久分缝衬砌段的水平位移和旋转位移，减小了地裂缝附近衬砌结构的集中受拉受压作用。四川省汶川县发生的特大地震直接诱发江油市三合镇白林村地裂缝灾害，黄文勇等在对地裂缝的调查和勘查的基础上，对地裂缝的成因进行了剖析，并根据分析结果，提出了防治和避让对策，主要有：严格遵守避让为主的原则，严禁在地裂缝破坏带及附近影响区域大量采集地下水；避免在避让区建各种建筑工程；尽早拆除横跨地裂缝建筑物的局部等。而对于无法避免在地裂缝带施工的建筑物，建议加强地基整体性，如将地基做成井字形或交叉地基梁[14]。门玉明等针对近年来地裂缝研究中遇到的问题，提出了西安地裂缝研究中的几个重要科学问题，为地裂缝的防治指出了方向[19]。综上，地裂缝的应对应当以避让为主，治理为辅，在已经有地裂缝的地区，尽量不要进行工程建设，实在是避无可避，才选取在对地裂缝进行严格监测和预防的措施下施工。参考文献：[1]中国地质学会城市地质研究会编．中国城市地质[M]．北京：中国大地出版社，2005：199~216[2]王景明.论西安地裂缝[J].地震地质,1989,11(3):85~93.[3]王景明,马广达.河北平原地裂缝及其危害[J].水土保持学报,1990,4(4):61~68.[4]李俊,刘金峰,莫多闻.河北平原地裂缝的分布规律及成因初探[J].水土保持研究,2003,10(3):62~66.[5]李忠生.论西安次级地裂缝[J].自然灾害学报,2005,14(3):119~123.[6]王秀艳,王金哲,臧逸中.衡水地区地裂缝空间发育特征与地下水位降深关系[J].地球科学进展,2006,21(4):417~423.[7]姜振泉,王晓波,张京.山西断陷带地裂缝的成因及其发育条件[J].中国矿业大学学报,1997,26(3):74~78.[8]董东林,武强,姜振泉等.析临汾地裂缝之地质成因[J].中国矿业大学学报,2002,31(1):34~38.[9]索传,王德潜,刘祖植.西安地裂缝地面沉降与防治对策[J].第四纪研究,2005,25(1):23~28.[10]ZhupingSheng,DonaldC.Helm,JiangLi.Mechanismsofearthfissuringcausedbygroundwaterwithdrawal[J].EnvironmentalandEngineeringGeoscience,2003,9(4):351~362.[11]董东林,武强,钱增江,孙桂敏,姜振泉,隋旺华,陈佩佩田宝霖.临汾地面沉降数值模拟及其与地裂缝灾害关系研究[J].工程地质学报,2001,9(2):