北京平原区地裂缝受灾体形态特征及影响因素

在调查和监测中发现北京平原区地裂缝受灾体灾害表现形式不同,具有显著的区域特点。为揭示其形成过程,指导地裂缝防治工作,本文以宋庄地裂缝、高丽营地裂缝两处典型地裂缝作为靶区,从受灾体、剖面、深度、活动四方面揭示两处地裂缝形态特征,分析不同因素对二者差异化形态特征塑造的影响。结果显示:（1）宋庄地裂缝受灾体表现出明显的拉张变形,剖面上地裂缝上宽下窄铅直纵向延伸,深部未与隐伏断裂重接复合;高丽营地裂缝受灾体表现为显著的垂向错动及剪切破坏,剖面上地裂缝曲折纵向延伸,错开上下两盘地层,深部与隐伏断裂重接复合。（2）地震及区域应力场对两处地裂缝的水平形态特征进行塑造;地下水超采引发的土体差异性水平运动形成的拉应力作用于宋庄地裂缝,并对宋庄地裂缝形态进行再次塑造;高丽营地裂缝继承了黄庄—高丽营断裂形态特征;小区域差异沉降对垂向形态特征进行再次塑造。（3）宋庄地裂缝发育主要受地下水开采影响,对此类地裂缝防治应实施地下水减采、压采限采等方式,高丽营地裂缝发育受地下水开采及隐伏断裂双重影响。对此类地裂缝的防治除控制水位下降外,还需实时监测隐伏断裂活动情况,建立有效的预警预报体系。     

耦合型地裂缝活动特征与成因机制模拟研究——以北京宋庄地裂缝为例

以北京通州区宋庄地裂缝为原型,研究以断裂活动和抽水为主要诱因的耦合型地裂缝的发育活动特征和成因机制,揭示了不同位错量和水位下降量引发的地层位移场和应力场的变化特征。通过实地踏勘,阐明了地裂缝造成的地表平面及地层剖面的破坏现象;运用有限差分法模拟研究了断层错动和抽水2种工况下的模型地层的变化响应过程,最后讨论了该类型地裂缝与各诱因之间的关系。结果表明：（1）该类型地裂缝具有三维活动等特点,一般造成浅表地层及墙体的水平张开量为0.3～1.2 cm,深部地层的垂直位错量随埋深而逐渐增大;（2）断裂活动引起的应力变化在裂缝发育区集中,并造成上盘地层出现明显的竖向位移,裂缝区地层出现较大的剪切牵引变形,且其两侧的竖向位移差异量最大;断层位错量的增加造成隐伏裂缝向上逐渐延伸扩展,并在上盘浅表层引发次级裂缝,致使地裂缝整体呈具有一定宽度的带状展布;（3）地下水位下降对地裂缝的竖向延伸和水平扩张均有加剧作用,裂缝两侧地表产生持续的沉降响应,并导致沉降漏斗中心成为地裂缝集中发育区,且该处的模型地层沉降量也最大,为10.2 cm,上盘地层的沉降范围宽度约38 m,下盘约16 m;(4)该类型地裂缝受断裂控...     

徐水县北楼村漕河地裂缝形成机理及其演化

依据现场调查、工程探测和室内测试分析,探讨了徐水县北楼村漕河地裂缝的形成机理和演化过程。北楼村漕河地裂缝沿河道发育,属张性拉裂缝,呈现逐年向上游、下游扩展的趋势。地裂缝的发生主要是由当地超量开采地下水引起的。特别是农田灌溉机井的大量抽水,使第四系松散层地下水水位急剧下降,水力坡度加大,含水砂层发生渗透变形,砂层被淘空,导致漕河两侧地表沉降。而相比于河道两侧,河道内地表沉降量小,致使河道中心土体中产生次生拉张应力,形成地裂缝。因而,有必要进一步研究地裂缝的灾害效应,为地裂缝灾害的预测防治提供科学依据。     

PS-InSAR技术在北京通州区地面沉降监测中的应用

地面沉降是通州区重要地质灾害,由此引发的地裂缝次生灾害现象严重影响通州区的发展建设.以TerraSAR-X卫星影像为数据基础,采用永久散射体干涉测量(PS-InSAR)技术获取通州区地面沉降2015—2018年监测数据,分析了通州区地面沉降时空分布特征以及地裂缝次生灾害的垂向形变特征.结果表明:(1)通州区地面沉降主要集中在西部和北部地区,形成了以通州城区—梨园—台湖为中心的西部沉降区和以永顺—宋庄为中心的北部沉降区,每个沉降区内又分布着多个小的沉降漏斗,在区域上具有不均匀沉降的特征;(2)宋庄地裂缝两盘各存在一个沉降漏斗中心,裂缝带沿线存在多个小沉降漏斗,由裂缝带向两侧沉降量逐渐增大,垂直裂缝带方向存在显著的沉降梯度变化,差异沉降特征明显,建议在宋庄地裂缝成因机理研究过程中考虑差异沉降对地裂缝形成的影响.     

渭河盆地基底伸展与地裂缝成因关系探讨

渭河盆地是我国乃至世界上地裂缝最为发育,灾害最为严重的地区。本文以渭河盆地为原型,采用有限元数值分析方法,分析了基底伸展作用下盆地浅表层岩土介质和多级破裂系统的应力和变形响应特征,从而揭示基底伸展变形与该区域地裂缝之间的成因关系。结果表明,盆地基底的伸展作用可以引起近地表岩土介质的拉张变形,当这种拉张作用与盆地断裂的上盘正断倾滑式伸展拉张叠加时,必然形成或加剧地表土层的张剪性破裂,从而为地裂缝的发育奠定了构造基础。     

东非肯尼亚裂谷活动断层型地裂缝变形特征与机理研究

2018年雨季期间,东非裂谷肯尼亚段地表突然出现一条7~8 km长的巨大地裂缝,该裂缝直接导致连接肯尼亚东西区域的主干道B3公路的毁坏(以下称为B3地裂缝),而作为我国“一带一路”倡议的重点项目“内罗毕至马拉巴标准轨铁路”仅距离该裂缝几公里,科学解释地裂缝的形成机理是铁路工程设施安全运营的重要保障。本文对该地裂缝的空间展布和形成机理进行研究,利用遥感影像详细解译了地裂缝空间位置,通过无人机航拍测绘建立了裂缝带高分辨率数值高程模型,在此基础上详细测量了地裂缝两侧地表垂向位移、地裂缝宽度和深度等指标。通过野外调查发现地裂缝发育在裂谷东边界F₄活动断层之上,其空间位置受F₄断层控制,地裂缝垂向剖面显示全新世沉积物有明显断错,且有多条破裂结构面贯穿其中:地裂缝下部火山碎屑岩层有明显拉张裂隙,这成为雨季期间地表水垂向下渗的通道,使浅表部松散沉积物向下运移。同时,裂谷区发育的南北向断层系统是雨季期间地下水横向流动的主要通道,这些过程导致地下水径流在雨季期间会不断潜蚀下部的土层,致使地表物质不断向下搬运,从而造成地表大规模开裂和塌陷,形成裂谷区受活动断层空间分布控制的构造型地裂缝。     

火山活动下的东非大裂谷地裂缝成因探讨

东非大裂谷肯尼亚段,与软流圈侵入和岩石圈减薄有关的岩浆活动导致了火山活动频发。火山活动造成地裂缝灾害直接威胁着裂谷内的工程设施。本文通过在肯尼亚裂谷的野外调查和地球物理勘探,归纳了地裂缝的平面分布特征和破裂特征,分析了基岩破裂与地裂缝的关系。结果表明地裂缝主要与火山伴生,呈线状展布,地表破坏特征以水平拉张为主。地裂缝与其下的基岩裂隙相连,基岩裂隙的存在决定着浅部土体地裂缝的发育位置和规模。地壳形变数据表明研究区存在以火山为中心的隆起区,基于此本文通过Mogi点源模型计算并分析了一次火山喷发引起的位移和应变特征。结果表明火山喷发引起的广泛不连续变形造成了基岩破裂,肯尼亚裂谷地裂缝的成因机制可归纳为火山喷发-基岩破裂-沉积物破坏。     

西安地裂缝地面沉降与防治对策

由于自然地质作用和人为活动影响,西安出现了严重的地裂缝和地面沉降灾害。地裂缝的形成分布与区 域地质构造息息相关,其总体北东向成带发育,平行等间距排列,表现出较强的线性展布规律和垂向位移、水平拉 张与水平扭动的三维变形特征。地裂缝有规律的展布活动,制约了人为诱发的地面沉降的发展,地面沉降只能在 被切割的多个条块体中发展。受地层结构、开采井群分布及开采强度等因素影响,在地裂缝两侧产生的差异沉降 又加剧了地裂缝的活动强度,使其危害大大增强,给城市建设和规划造成了巨大的损失和困难。进一步深入研究 城市地质灾害的形成机理,建立监测预警系统,加强城市规划,限制人类活动和采取工程防护措施等是行之有效的 防灾减灾对策。     

高原季节性冻土区砂土液化探讨——以阿克陶MS6.7地震为例

2016年11月25日新疆阿克陶县木吉乡发生MS6.7地震,发震构造为公格尔山拉张系北端的木吉断裂,断裂总长度超过100 km,以右旋走滑为主兼有一定的拉张分量。文章在对震区进行了初步的地震地质灾害调查,总结砂土液化和地裂缝在高原季节性冻土地区的分布及发育特点的基础上,发现:1)在研究区Ⅰ维日麻村的砂土液化主要沿原有泉眼或沿地裂缝发育,沿泉眼形成的砂土液化其喷砂锥的覆盖面积达36.1 m2,占总液化面积的60%,研究区Ⅱ布拉克村的砂土液化则主要是沿草甸的根系喷出,在地表形成大面积的最新涌水结冻特征;2)对研究区Ⅱ布拉克村地裂缝的深度进行统计,反演出区域冻土层厚度,结合探槽揭露的地层剖面,推断冻土层发生大面积地裂缝是因为地震引起冻土层下部融土层发生砂土液化导致土层变形失稳,从而使冻土层发生形变产生一系列规律性的地裂缝。     

先存断裂对抽水沉降及地裂缝活动影响的数值模拟

过度抽取地下水对断层构造型地裂缝的加剧作用是很明显的,但具体的作用机制却很复杂,过去的研究多是简单的定性分析,数值模拟和定量计算少有报道。笔者采用比奥(Biot)固结渗流理论和基于A、B面接触判断的库仑滑动和张裂的接触面单元,对抽水作用下地裂缝的活动进行了数值模拟,初步探讨了抽水活动引发和加剧地裂缝活动的机制。结果表明:抽水作用下抽水井周围水平应力场发生近井区挤压、远井区拉张的变化,当拉张区内的拉应力超过土体抗拉强度时将会出现自上而下的张裂缝;先存断裂的存在将影响应力变化的模式,同时由于断裂的软弱性,使得地层容易沿其发生滑动或拉裂,从而加剧地裂缝的活动;先存断裂对地面沉降和地裂缝具有诱导、隔离和放大的作用。     

隐伏裂缝对互层胶结土中正断层扩展影响研究

基岩断层错动引起上覆土体变形,互层胶结土体中断层破裂机制认识不足,隐伏裂缝影响规律掌握不明确。基于4个离心机试验,针对黏土与砂土构成的9层互层土,对比土体胶结特性和隐伏裂缝上断点埋深影响。试验结果表明,正断层错动影响下,互层非胶结土体受剪切作用发生变形破坏,在断层上方形成一倒梯形分布的不均匀沉降区,并形成集中剪切带。当不均匀沉降传至地表时,顶层非饱和黏土层形成地表张拉破裂。而互层胶结土则观测到受弯变形破坏,从而产生剪切破裂和张拉破裂。其中,地表张拉破裂的深度远大于互层非胶结土体的观测结果。互层胶结土中,随着隐伏裂缝上断点埋深的增加,由上断点扩展形成破裂的倾角随之增加,地表破裂向上盘一侧偏移。     

准噶尔盆地车排子地区新村油田石炭系构造特征与成藏条件

通过对准噶尔盆地车排子地区新村油田石炭系构造特征、储层、油气分布特征、主要油藏类型及其成藏条件的研究,建立了该区成藏综合模式。结果表明,研究区总体上处于构造斜坡带,具有北高南低、西高东低、南北分块的构造特征,地层产状平缓;研究区在石炭纪处于区域拉张构造应力背景,并在拉张应力作用下形成以北东—南西向展布为主的拉张型断裂组合样式;研究区大部分地区地层等高线平直,不利于形成背斜构造圈闭,但各级断裂发育,为形成断层遮挡圈闭提供了有利条件,同时也可作为油气运移的通道。依据石炭系断裂分布、断裂模式及其组合,将研究区的断裂划分为复合地垒系统、复合地堑系统和零星断裂系统。控制研究区油气运聚成藏的主要地质因素是断裂、裂缝及岩性变化或物性封堵。     

肯尼亚裂谷区地裂缝特征及成因分析

肯尼亚裂谷位于东非大裂谷东支中段,现代构造运动以及火山活动强烈,是当今地学研究的热点地区。裂谷区因其独特的地质构造背景、岩土体特性以及气象水文条件,使得地裂缝灾害较为发育。文章以肯尼亚裂谷地裂缝为研究对象,利用资料收集、野外调查、槽探、钻探和室内土工试验等研究手段,对研究区的地质环境背景、地裂缝平剖面结构特征进行研究。裂谷拉张和火山活动等内动力地质作用是该区域地裂缝形成的控制因素,浅表部松散易潜蚀的土体是地裂缝形成的物质基础,强降雨为地裂缝的形成提供了水力条件,“软硬软”的地层结构为水力侵蚀物质提供了有利的堆积场所。将肯尼亚裂谷区地裂缝的形成演化过程分为3个阶段:孕育阶段、扩展阶段和成灾阶段。     

河北隆尧地裂缝灾害及其安全避让距离分析

隆尧地裂缝灾害主要表现为地表建筑不同类型和程度的破坏,其损毁类型分为3种:水平拉张、垂直位错和横向剪切。依据地表建筑损毁程度不同划分为5个等级:完全损毁区、重度损毁区、一般损毁区、微影响区和安全区,统计各损毁等级距地裂缝的距离,提出"损毁度"概念,量化各损毁等级的影响范围。对比分析隆尧地裂缝区地表变形相对影响范围和潜在隐伏裂隙威胁区,厘定各损毁等级下的安全避让距离。基于安全系统理论,隆尧地裂缝上盘安全避让距离为60 m,下盘为40 m;拟合损毁度和安全避让距离曲线,为全区地裂缝场区安全避让距离提供指导建议。     

浑河断裂带地质灾害发育特征及其成因机制

浑河断裂带是辽宁抚顺地区最为重要的一条活动断裂。为了深入调查沿浑河断裂带地质灾害发育情况,了解灾害形成与先存断裂之间的关系,为同类型灾害的防治和预警提供科学依据。本文采用现场调查方法,结合地面变形监测资料,厘清了浑河断裂带灾害类型和发育规律,剖析了断裂带灾害的形成机理。研究结果表明：断裂隐伏区地裂缝发育,主要沿浑河断裂带分支断裂展布,裂缝延伸长度300～2 400 m;其成因是抚顺城区南部采矿活动诱发了先存软弱断裂面局部拉裂、张开,进而向地表扩展、贯通,形成地裂缝。在断裂延伸的基岩地区沿断裂破碎带及影响带发育小型滑坡,主滑方向与断裂走向垂直或大角度斜交;其形成机制与岩体内部发育的结构面有关,尤其是顺坡向优势结构面的发育,其与坡体耦合形成易滑结构体,在长期降雨作用下,结构面软化、贯通及岩土体加速蠕滑,最终形成滑坡。     

地裂缝活动作用下地层应力和位移传递规律研究

以西安地裂缝典型地段为研究对象,建立基于实际地裂缝活动方式的地质力学模型,通过FLAC3D数值模拟,研究地裂缝活动作用下地层应力和位移传递规律。结果表明:地裂缝活动作用下,地表竖向沉降变形曲线近似呈反“S”形,表现出“牵引挠曲”现象,水平位移曲线出现明显波峰现象;随着地裂缝位错量的增大,地表竖向和水平位移均逐渐增大;基于地裂缝活动引起的地表变形平均倾斜值,确定了地裂缝带影响区范围为上盘21 m和下盘13 m。地裂缝活动引起两侧地层断距由深部到浅表部逐渐减小,具有明显的变形传递衰减特征,且地层断距随埋深的变化曲线可近似概化为一个四次多项式方程。地裂缝活动导致上盘地层出现应力降低区,下盘地层出现应力增强区,上盘应力降低区范围大于下盘应力增强区,且上、下盘应力变化范围随着位错量的增大均逐渐增大。地裂缝活动作用下地裂缝两侧地层应力影响区随地层埋深的增大而增大,其与埋深之间关系近似满足三次多项式方程。研究结果可为盆地断裂控制型地裂缝发育区的工程防灾减灾提供科学依据。     

富水软岩隧道突泥塌方及地层沉降的模型试验

在富水软岩地层中修建隧道容易出现突泥塌方,对施工及周边环境产生严重影响。北岗隧道围岩强度低且地下水丰富,在施工中多次遇到突泥涌水现象,出现了围岩大面积坍塌、地表开裂、地下水位下降等严重灾害问题。以北岗隧道为原型,开展了室内模型试验,再现了该隧道的破坏现象,研究了隧道突泥塌方的影响因素、破坏规律及影响范围。结果表明:（1）地表未出现裂缝时,隧道开挖导致的地表和地层内部变形可以采用Peck的正态分布曲线描述;（2）涌水是造成隧道围岩发生严重坍塌的根本原因;（3）隧道破坏从拱顶开始,呈拱形破坏型式;（4）地表的两条主裂缝在隧道塌方初期形成,塌方对地表沉降和裂缝的主要影响区域位于两条主裂缝之间。     

地下水超采引起的地裂缝灾害的研究进展

近几十年来,国内外学者对地下水开采引起的地裂缝问题进行了大量的研究,取得了许多丰硕的科研成果。总体来说,在地裂缝的成因机制方面学界尚未形成一个统一的观点;在地裂缝数值模拟方面,由仅考虑土体一维垂向变形发展到同时考虑土体垂向和水平向变形、地下水流模型和土体变形模型由不耦合发展到流固耦合,对开采地下水条件下土体变形的本构关系由弹性发展到弹塑性、粘弹塑性,特别是在地裂缝形成的判别准则方面由过去的定性判别发展到半定量判别。由于地裂缝问题本身的复杂性,目前的研究还远不够成熟,仍有许多问题需要解决。     

陡倾断层上下盘开挖引起地表变形的数值模拟分析

考虑地下开挖区与断层相对位置关系,采用简化数值模型对陡倾断层上下盘开挖引起的地表变形特征进行了数值模拟。结果表明,当断层位于地下开挖引起地表变形的压缩区且开挖区位于下盘时,地表出现不连续变形的可能性小;当断层位于地下开挖引起地表变形的压缩区且开挖区位于上盘时,随下向开挖进行地表断层处裂缝有减小趋势;而当断层位于地下开挖引起的地表变形拉张区时,断层出露处水平拉张明显,表现为拉张裂缝,随下向开挖深度增加、规模增大,不论开挖区位于上盘还是下盘,极可能导致地表出现正断层式的错动．     

隆尧地裂缝活动特征的定量分析

隆尧地裂缝是华北平原中规模大、活动强的典型地裂缝之一,对跨地裂缝建筑造成水平拉张、走滑剪切与垂直位错等形式的破坏。为了给地裂缝沿线工程建筑的灾害防治提供依据,本文基于野外地质调查及探槽工程揭露,总结了地裂缝的平面展布及剖面结构特征,同时根据探槽剖面分析了地裂缝活动对不同深度土层造成的水平走滑、拉张和垂直活动量,并结合地层光释光测年结果,计算了不同时段地裂缝活动速率。结果表明,隆尧地裂缝平面上分为东段与西段两段展布,其中西段从周村至西店子村,近东西走向,长17.7 km;东段从东店马村至毛儿寨,近北东走向,长15.3 km;地裂缝活动具有拉张走滑与差异沉降特征,且西段活动强度大于东段;裂缝两侧垂直差异沉降速率最大,剪切走滑错动速率次之,水平拉张速率最小;在时间轴上,8 ka B. P.至今,地裂缝活动速率逐渐增大,且多次出现活动速率骤升期。