隐伏地裂缝扩展的大型原位浸水试验研究

隐伏构造地裂缝具有潜在的灾害效应和扩展的随机性,地表水是诱发隐伏地裂缝扩展的因素之一。文章基于野外调查资料,定性分析了地表水对隐伏地裂缝扩展效应的水压作用及黄土湿陷作用机理,在此基础上选取西安曲江新区隐伏地裂缝黄土场地开展了大型原位现场浸水模拟试验。通过沉降观测、数据分析和数值模拟,得出水压作用是诱发隐伏裂缝扩展的辅助因素,因黄土湿陷作用在裂缝两侧形成的差异沉降是主要诱因,靠近隐伏地裂缝的区域沉降量最大,距离裂缝越远沉降量越小,整体呈现抛物线形的沉降模式,验证了地表水诱发浅表层黄土隐伏裂缝扩展的作用机理。相关认识对于研究隐伏构造地裂缝的扩展机理以及防治工作具有重要的指导意义。      

西安地区地裂缝带Q3原状黄土流变特性试验研究

汾渭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。考虑在漫长的地质历史过程中黄土的流变特性对地裂缝破裂扩展模式的影响,采用分级循环加卸载方式,对西安地区长安地裂缝（fc1）带Q3原状黄土进行了不同围压下的固结不排水三轴流变特性试验,得到了地裂缝带Q3原状黄土的蠕变加、卸载曲线和应变速率与时间关系曲线。试验结果表明,不同围压下地裂缝带Q3原状黄土表现为低应力下为减速蠕变,高应力下为减速蠕变和等速蠕变的特征。并基于统一流变力学模型理论,建立了适用于西安地区地裂缝带Q3原状黄土的三维蠕变本构模型,获得了相应的本构模型参数。该成果为研究隐伏地裂缝破裂扩展模式及其力学机制奠定了基础。     

表水侵蚀地裂缝物理模型试验研究

地表水入渗侵蚀是地裂缝出露地表的一个重要诱发因素。肯尼亚裂谷区因其特殊的构造环境背景,降雨侵蚀地裂缝极其发育。本文以东非肯尼亚裂谷地裂缝为原型,建立了降雨侵蚀条件下隐伏岩土体破裂扩展出露地表的地质模型,通过物理模型试验揭示了地裂缝发育过程中土体内部水力侵蚀破坏的演化规律。试验结果表明：(1)表水侵蚀地裂缝可将其破裂扩展过程分为3个阶段：均匀入渗阶段,侵蚀掏空阶段、塌陷致灾阶段。(2)隐伏岩土体破裂的影响区域是表水入渗的优势通道,该区域水力侵蚀强烈。(3)当侵蚀塌陷形成时,土体内部含水率和孔隙水压力出现同步的陡变。土体内部含水率的突变反映了裂隙的发育以及局部塌陷的形成,从而可以揭示土体内部侵蚀塌陷的进程。此次基于表水入渗的物理模型试验研究可为地裂缝的监测防控提供科学理论支撑。     

苏锡常地区地裂缝灾害危险性评价与预测

苏锡常地区是我国近年来地裂缝灾害最为活跃的地区之一。作者在深入研究其灾害成因机理和形成过程的基础上 ,提取了基岩面起伏、浅部含水砂层差异、隐伏灰岩、浅部土层结构条件、累计地面沉降量、地面沉降速率和主采层水位共 7个主要影响因素 ,选用层次分析法确定权值 ,建立了苏锡常地裂缝危险性评价模型。以GIS软件Arcinfo为主要工具 ,利用其强大的空间分析功能 ,将各影响因素专题图层按照权重进行多重叠加操作 ,进行了不同时期地裂缝灾害危险性分区评价和发展趋势的预测。目前研究区地裂缝灾害危险性仍在增加 ,常州马杭镇与湖塘镇中间、武进横林镇铁路以北和无锡堰桥镇西北地区危险指数最大 ,是今后几年苏锡常地区防治地裂缝灾害的重点区域。     

西安城区地裂缝破裂扩展的数值模拟

西安城区由于其复杂、特殊的地质条件,成为世界上地裂缝发育最典型的城市,这给建设中的西安地铁带来了全新的课题。隐伏地裂缝在黄土中的扩展机理,影响范围,影响程度等问题,都是西安地铁建设中所广泛关注和亟待解决的问题。为研究黄土中地裂缝的扩展机理和扩展特征,笔者结合大型物理模型试验结果,利用数值模拟的方法,建立了三维数值分析模型,进行了不同工况的对比分析研究。研究表明,采用数值模拟的结果与模型试验以及调查所见地裂缝带上建筑物的破裂形式基本一致,这说明用数值模拟进行地裂缝扩展分析是有效的。     

逆断层地裂缝在黄土中破裂扩展的数值模拟

隐伏地裂缝在黄土中的扩展机理,其影响的范围、程度等问题,都是城市工作者所广泛关注和亟待解决的重要问题。为了研究黄土中逆断层地裂缝的扩展机理和扩展特征,参照正断层大型物理模型试验,利用数值模拟的方法,建立了三维数值分析模型,进行了黄土中逆断层的扩展机理研究。研究表明,隐伏逆断层地裂缝活动时,在地裂缝的上端,土体单元受到拉、压、剪的共同作用,裂缝很快被贯通,因而在其上端形成了破裂区,但向两侧的扩展有限;地裂缝的下盘在地裂缝活动时,受到的影响较小,即逆断层主要影响地裂缝的上盘,而对下盘影响甚微;同时,逆断层的影响范围和深度都明显小于正断层。由此可见,逆断层地裂缝活动特征明显区别于正断层,在黄土中的扩展有其独特之处。      

北京土沟—高丽营地裂缝成因分析

传统观点认为北京土沟—高丽营一线的地裂缝是沿黄庄—高丽营断裂带由地面沉降诱发的复合型地裂缝,且地面沉降在地裂缝位错量中贡献率较大。本文通过对槽探、物化探成果和地裂缝监测数据的综合分析,认为黄庄—高丽营断裂的活动是该地裂缝形成和发育的控制因素和主要动力,地面沉降只是加剧了地裂缝发育规模和加大了活动速率,而非诱发因素,从而得出土沟—高丽营地裂缝属构造型地裂缝这一结论。     

临汾盆地果场地裂缝成因机理分析

地裂缝是临汾盆地主要的地质灾害之一, 自20世纪70年代盆地开始出现地裂缝以来, 至2012年8月共发现86条地裂缝。本文以临汾盆地内部典型地裂缝临汾果场地裂缝为研究对象, 详细地论述了地裂缝发育的地质环境背景。利用野外调查、测量、槽探、钻探和物理勘探等地质手段, 主要研究了地裂缝的发育特征, 包括平面特征、灾害特征、浅部剖面结构特征和深部特征4个方面, 总结了地裂缝的活动规律。发现果场地裂缝平面延伸长, 宽度大, 走向稳定, 灾害严重; 浅表层上宽下窄, 呈喇叭状, 深部结构显示地裂缝下伏隐伏断层, 地裂缝活动受降雨控制。通过分析影响地裂缝形成的各个因素:盆地构造、超采地下水和强降雨, 将果场地裂缝的形成分为3个阶段:孕育阶段、出露阶段和扩展阶段; 最后概化了果场地裂缝的成因机理:构造孕缝、抽水诱缝和降雨扩缝。     

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...     

不同活动速率下隐伏地裂缝的模型试验研究

目前国内外已查明的地裂缝大都是在地表能直接看到的地裂缝,然而埋藏在地表之下不易被人类所察觉的隐伏地裂缝发育数量更为众多,并且隐伏地裂缝因活动速率的不同可能招致不同程度的地质灾害,进而不同程度地影响人类的工程建设活动。为了研究活动速率不一样的隐伏地裂缝之间有什么发育特征上的不同,进行一组物理模型对比试验。结果显示当隐伏地裂缝以不同速率活动时,其所形成的反倾裂缝和直立裂缝的形态特征、地表土体位错量以及土体对深部沉降的吸收作用均有明显的不同。并且当隐伏地裂缝慢速活动的一个活动周期内,其地表土体位错量随深部底板的的活动过程会出现典型的三次"稳定"阶段。     

北京宋庄地裂缝灾害特征及影响因素分析

近年来由于北京市平原区地裂缝灾害凸显,不仅加速地表水土流失,而且对灾害区基础设施建设造成严重影响。为分析地裂缝形成原因,缓解及减轻地裂缝灾害造成的经济、财产损失,本文以新发现的宋庄地裂缝作为靶区,通过地质调查、InSAR监测、槽探、钻探等方法,揭示了宋庄地裂缝空间发育特征,从地质构造、地层岩性、地面沉降等方面,深入分析成因。结果显示:（1）宋庄地裂缝影响长度达8.7 km,NEE向延伸,受灾体主要展现出拉张形变;（2）区域拉张应力场为宋庄地裂缝形成提供内动力条件,构造影响下的第四系沉积厚度差异及地层岩性不均一,为宋庄地裂缝形成提供重要地质背景;（3）南苑-通县断裂为宋庄地裂缝形成提供了应力积累和传递媒介;（4）地下水超采引发的土体水平、垂向变形是地裂缝形成的诱发条件。受基底伸展变形、隐伏断裂及地下水开采影响,土体发生水平及垂向变形,使得在非饱和带断层区附近形成拉应力集中区,当达到土体抗拉强度时,形成盲裂缝,在雨水侵蚀或潜水位回升作用下,扩展至地表形成裂缝及串珠状土洞。     

同沉积断层研究综述

同沉积断层是沉积盆地最基本的地质构造形式,控制着盆地的空间展布、几何形态、沉积韵律以及油气储层的分布。结合国内外研究进展,本文从特征和分类、次生构造、研究方法、成因和演化理论等方面对同沉积断层的研究现状进行了总结和论述,认为同沉积断层的精细探测、定量评价和高精度模拟是今后研究的重点。基于一些构造地裂缝的发育特征和同沉积断层特点,提出了同沉积地裂缝的概念,并以西安地裂缝为例,阐述了同沉积地裂缝的特征,指出从同沉积作用出发研究地裂缝的发育模式、形成机制、破裂扩展效应以及影响带宽度是今后构造地裂缝研究的方向。     

陕西三原双槐树地裂缝的发育特征

陕西三原双槐树地裂缝由两条近平行的地裂缝组成,延伸长度大于4km,地裂缝活动给沿线居民带来了巨大的灾害和经济损失。通过调查访问和探槽、探井、平硐等勘探工程,从平面展布特征、剖面结构特征、活动特征和力学性质等方面描述了该地裂缝的发育特征。结果显示:南侧的F1地裂缝的破碎带宽度和活动程度均大于北侧的F2地裂缝,其中的F1地裂缝破碎带宽度一般大于10m,最大可达50余米,不同期次和不同级次的裂缝数量可达30余条,如此规模的裂缝破碎带宽度和裂缝数量在黄土地区并不多见。     

山西运城盆地大吕-白张地裂缝的基本特征与成因分析

大吕-白张地裂缝位于山西省运城盆地东南部,已破坏大量沿线的房屋、道路和农田,造成了巨大的经济损失。为探明其基本特征及成因,利用野外实地调查和槽探,基于钻探、地球物理勘探详细地描述了地裂缝的基本特征,包括平面、剖面、近地表和深部4个方面;基于区域应力基底构造分析、断裂构造条件分析和In SAR沉降监测,从孕育环境、断裂控制和抽水诱发等方面分析了地裂缝的成因机理。调查结果显示大吕-白张地裂缝位于中条山断裂和鸣条岗东侧断裂上盘,穿越8个村庄,断续延伸9. 2 km,整体走向NE45°,倾角为70°～85°。地裂缝上宽下窄,两侧地层被不同程度的错断,位错量随着深度的增加而增加,表现出同沉积断层的性质。地裂缝以垂直位错为主,兼具水平拉张,且具有沿走向的活动差异性。大吕-白张地裂缝是在多种因素共同作用下形成的,区域拉张和基底伸展导致基底破裂,为地裂缝的孕育创造了条件;构造断裂控制地裂缝的发育和活动;抽水诱发地裂缝并导致其出露地表;地表水潜蚀扩大地裂缝的活动规模并最终形成现今地裂缝。本文不仅对于运城盆地的防灾减灾具有重大意义,可为该地区的经济建设提供理论支撑。     

频繁矿震作用下地裂缝扩展机理及数值模拟研究

频繁矿震诱发断层活化以及由此引起的地裂缝不仅对矿井生产构成威胁。同时对于城市安全、居民生活也构成严重危害。论文根据工程场地岩土体破裂的观点,以辽宁抚顺地裂缝为例,采用理论解析、数值模拟等手段,开展了矿震引发地裂缝扩展效应探讨。研究认为：地下开采对抚顺地区的地质环境造成了破坏,地表沉陷为地裂缝的发育提供了运移空间及应力条件。浑河断裂带为抚顺地区地裂缝发育提供了地质构造基础。频繁发生的矿震加剧了地表裂缝的扩展及破坏作用。     

苏锡常地区地裂缝地质灾害形成机理分析

从苏锡常地区特定的地质环境背景条件出发,系统分析了地裂缝地质灾害的形成机理,即基岩起伏形态差异、第四纪沉积结构差异和水文地质条件差异是引发地裂缝灾害的内在条件,长期过量开采地下水是诱发地裂缝灾害的外在因素.通过对地裂缝灾害成因类型的系统划分,为今后进一步进行地裂缝灾害分区评价、防治规划等工作提供了先导性意见和理论基础,具有积极的现实意义.     

基于多因素叠加计算权重法的苏锡常地裂缝危险性预测

由于长期过量开采地下水,苏州、无锡和常州（苏锡常）的局部地区地裂缝发育,在深层地下水禁采十多年后的今天有些地裂缝还在发展。地裂缝的发育及发展受到诸多因素的影响,其具体力学机制尚不明确。为了查明影响地裂缝发育的因素、确定各因素对地裂缝的影响程度,本文在苏锡常地裂缝发育现状的基础上,利用基于确定性系数计算权重法对苏锡常地裂缝发育危险性进行预测分区。模型考虑了基岩埋深、基岩坡度、累计地面沉降量、沉降坡度、第二含水层厚度、第二含水层厚度变化梯度、第二含水层水位降深、第四纪沉积相等8个主要影响因素,分析结果显示苏锡常地区北部地裂缝易发,东南部发生地裂缝的危险性较小。计算结果与苏锡常地裂缝的分布及发育情况基本一致,验证了该方法在地裂缝预测方面的有效性。本研究对苏锡常地区地下水开采及城市建设规划具有一定的指导意义。     

地层条件与地裂缝之间的关系研究——以山西省临汾市区为例

在分析山西省临汾市地层条件的基础上,详尽地研究了地层条件与地裂缝灾害之间的相互关系。利用地理信息系统（ＧＩＳ）技术和ＡＨＰ自动确定权重系数技术,确定出地层对地裂缝灾害的影响为２０．１％,结果表明地层条件对地裂缝灾害的影响是不可忽视。     

西安地裂缝场地地震效应分析

地裂缝是由内、外营力以及人类活动等因素的作用引致发生的一种地面破坏现象。在这种不良的地质条件下,必然会对场地的地震响应带来一定程度的影响。针对地裂缝场地地震效应研究和工程评价的不足,采用有限元法研究了地震荷载作用下,地裂缝对场地地震动效应的影响问题。分析得出了地裂缝对场地地表水平峰值加速度及反应谱的影响特征和影响范围,为地裂缝场地工程结构的抗震设防和地裂缝灾害避让提供了新的参考。     

西安地铁2号线隧道穿越地裂缝带的设防参数

基于西安地裂缝成因、基本特征和未来活动趋势分析,通过几何缩比为1：5的地裂缝活动模型试验和地裂缝活动对盾构隧道影响的数值模拟计算,研究了西安地铁2号线隧道正交穿越地裂缝带的设防参数。通过分析地裂缝年平均活动速率和历史最大活动量,确定了与地铁2号线相交的各条地裂缝的最大垂直位移量的预测值和设计建议值。模型试验和数值模拟结果表明,正交条件下地铁隧道在地裂缝活动地段的设防宽度为60 m,即上盘为35 m,下盘为25 m;沿隧道纵向地裂缝两侧地层变形规律呈现台阶状突变变形,隧道纵向设计可将上盘视为整体下降来考虑;地铁隧道穿越地裂缝带必须分段设缝以适应地裂缝的变形,其分段长度在地裂缝主影响区按10 m进行设防,在一般影响区可按10～15 m进行分段设防。研究结果可为地铁隧道穿越地裂缝带的结构设计提供参考。