什么是构造地裂缝和非构造地裂缝?

一、地裂缝的特征

地裂缝的特征主要表现为发育的方向性、延展性和灾害的不均一性与渐进性。

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。据王景明等人(1994)统计,河北平原的地裂缝以NE 5°和NW 85°最为发育;西安地裂缝在西安市城区和近郊区平行等间距排列,每条地裂缝带的间距为1000~1500m,而且具有显著的方向性,十条地裂缝带都呈NEE-SWW方向延伸,总体走向为NE70°~80° (武强等,2002)。地裂缝造成的建筑物开裂通常由下向上蔓延,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。地裂缝灾害在平面上多呈带状分布。从规模上看,多数地裂缝的长度为数十米到数百米,长者可达几公里。如山西大同机车厂-大同宾馆的地裂缝长达5km;宽度在几厘米到几十厘米之间,最宽处可达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。平面上地裂缝一般呈直线状、雁行状或锯齿状;剖面上多呈弧形、V形或放射状。

地裂缝以相对差异沉降为主,其次为水平拉张和错动。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,而且地裂缝两侧的影响宽度及对建筑物的破坏程度具有明显的非对称性。同一条地裂缝的不同部位,地裂缝活动强度及破坏程度也有差别,在转折和错列部位相对较重,显示出不均一性。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,表现为灾害的渐进性。地裂缝活动受区域构造运动及人类活动的影响,因此在时间序列上往往表现为一定的周期性。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。

二、地裂缝的分类

地裂缝按照其形成的动力条件不同可分为构造地裂缝和非构造地裂缝。

构造地裂缝是由于地壳运动直接或间接在基岩或土层中所产生的开裂变形。构造地裂缝的延伸稳定,不受地表地形、岩土性质和其他地质条件影响,可切错山脊、陡坎、河流阶地等,其活动具有明显的继承性和周期性。构造地裂缝在平面上呈断续的折线状、锯齿状或雁行状排列;在剖面上近于直立,呈阶梯状、地堑状、地垒状排列。构造地裂缝大都形成于隐伏活动断裂带之上。断层的快速黏滑活动常伴有地震发生,由此产生的地裂缝又称为地震地裂缝;褶皱构造作用和火山活动也产生构造地裂缝。更多情况是在广大地区发生缓慢的构造应力积累而使断裂发生蠕变活动形成地裂缝。

构造地裂缝形成发育的外部因素主要有两方面:①大气降水加剧地裂缝发展;②人为活动,因过度抽取地下水或灌溉水渗入等都会加剧地裂缝的发展。如西安地裂缝就是由于城市过量抽取地下水产生地面沉降,从而加剧了地裂缝的发展。

非构造地裂缝的形成原因比较复杂,崩塌、滑坡、岩溶塌陷和矿山开采,以及过量开采地下水所产生的地面沉降都会伴随着地裂缝的形成,其纵剖面形态大多呈弧形、圈椅形或近于直立。特殊土地裂缝在中国分布也十分广泛。中国南方主要是胀缩土地裂缝,北方以黄土高原地区黄土地裂缝最为发育。此外,还有干旱、冻融引起的地裂缝等。

实践表明,许多地裂缝并不是单一成因的,而是以一种原因为主,同时又受到其他因素影响的综合作用的结果。截止1999年底统计,全国发现具有一定规模能引起人们重视的地裂缝有6000余条,其中构造地裂缝约占80%左右。如汾渭盆地有地裂缝101处286条,其中构造地裂缝占82%、非构造地裂缝占18%。河北平原有地裂缝201处449条,构造地裂缝占79.3%、非构造地裂缝占20.7%(王景明等,2000)。

三、地裂缝的危害

地裂缝活动使其周围一定范围内的地质体内产生形变场和应力场,进而通过地基和基础作用于建筑物。由于地裂缝两侧出现的相对沉降差以及水平方向的拉张和错动,可使地表设施发生结构性破坏或造成建筑物地基的失稳。地裂缝的主要危害是造成房屋开裂、地面设施破坏和农田漏水。如河北省及京津地区60个县市已发现地裂缝453条,造成大量建筑和道路破坏,上千处农田漏水,经济损失达亿元以上(王景民等,1994)。

西安是我国地裂缝灾害最典型、最严重的城市,地裂缝目前分布在155km 的范围内,与地面沉降范围基本一致,已发现的地裂缝带有13条,出露总长度约72km,延伸103km,给城市建设和人民生活造成了严重的危害。截至2006年因地裂缝与地面沉降超常活动毁坏楼房170余栋,厂房、车间57座,民房近2000间,74条道路遭到破坏,累计错断供水、供气管道50余次,立交桥2座,不能有效利用土地3614亩。另有数十口深井因地面沉降井管上升而报废,地面沉降还危及多处文物古迹的安全,著名的唐代大雁塔向西北方倾斜1004mm,钟楼下沉1000mm之多,按2002年实际价格折算直接经济损失达26亿元。另外由于建筑物的严重破坏和供气、供水、排污管道破坏而产生的停气、停水等造成的间接经济损失及社会影响更是难以估量(宁社教,2008)。

四、地裂缝的防治

为了减轻地裂缝的灾害损失,人们采取了许多行之有效的措施,这些措施主要有:

①对已发生地裂缝的区域,应进行详细的地质及工程水文环境地质调查,及时查明地裂缝的规模、范围、组合形态、成因类型等,划分出地裂缝的稳定区、非稳定区、安全区、危险区和破坏区;

②对拟建工程的选址,应采取避让原则,远离回避地裂缝;

③对已建跨地裂缝的建筑物或建筑群,可视具体情况局部拆除或整体搬迁;

④提高设计安全标准,建立距离安全区;

⑤对无法避开地裂缝的管线工程,如公路、铁路、油气管道、供排水及通信线路等,应采取相应措施消除地裂缝的危害。具体措施包括改变局部管线的铺设方向、让局部管线走向顺地裂缝延伸、增强各种管线抗拉强度等;

⑥有些人工引起的地裂缝是可以控制和修复的,如超采地下水引起的地裂缝,通过合理调度水资源,减少地下水位的下降幅度,就可以控制地裂缝的发生与发展。

应重视对地裂缝的长期监测工作,通过观测资料的长期积累,了解地裂缝活动的时空特点,以进一步分析其成因,为地裂缝灾害的减灾防灾提供可靠的依据。

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