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。     

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。     

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...     

河北平原隆尧地裂缝成因机理与模式研究

隆尧地裂缝是华北平原地区规模最大、活动性最强、灾害程度最为严重的构造地裂缝,但其与断裂之间的成因研究一直缺少系统的证明材料和完整的理论分析,即隆尧地裂缝与断裂之间是怎样的成生关系仍较为模糊。文章根据现场调查、探槽、地球物理探测和钻孔联合剖面等方法,分析了隆尧地裂缝几何运动特点和深部构造特征,探讨了隆尧地裂缝的成因机理和模式。研究结果表明:隆尧地裂缝（主要指西段）的发育位置与隆尧活动断裂基本重合,地裂缝走向近EW,倾向南,倾角60°~80°,南盘相对北盘下降,具正断性;同时,地裂缝面处黏土层中发育擦痕,上盘发育的分支裂缝与主裂缝相交成“y”型,地裂缝上下盘位移差随深度增加;地球物理探测解译隆尧活动断裂上断点埋深40~50 m,钻孔联合剖面揭示隆尧地裂缝向下延伸与隆尧活动断裂上断点吻合。地裂缝发育位置、产状、几何特点、运动特征与物探解译、钻孔联合剖面揭示的隆尧活动断裂一致,因此,隆尧地裂缝与隆尧活动断裂直接相连。根据上述成因理论,提出了构造地裂缝的一种成因模式——断层直剪式,即:在区域应力加强或转变的基础上,基地隐伏断裂开始蠕滑运动,断层面或断层带向地表延伸,切穿第四系岩土层,在地表形成陡坎。并据此分析了隆尧地裂缝的形成、显现和发展过程,为断层直剪式地裂缝成因研究提供理论指导。     

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.     

河间构造地裂缝应力场二维剖面模型研究

华北平原是我国地裂缝发育较为密集的地区,河北沧州河间地裂缝具有典型构造影响特征。为分析沧州河间地裂缝发育特征、成因机制,通过求解平面应力问题的有限单元方法反演了沧州河间区域构造应力场,确定了最大主应力场和最大剪应力集中区,从而探索分析构造地裂缝的潜在危险区,建立了地裂缝二维剖面模型,计算分析河间地区区域构造应力场及区域应力集中区与地裂缝的对应关系。研究了二维状态下区域构造应力场的总体特征和规律以及活动断裂对地裂缝的成生、扩展和发育分布的控制关系。分析认为,河间地区地裂缝是由下伏基底延展变形及随之产生的断裂活动提供内动力使应力集中区域发育,具有构造型地裂缝的典型发育特征,是河间地裂缝形成及发展的主要因素。     

山西太原盆地地裂缝群发机制与深部构造关系

地裂缝是太原盆地主要的地质灾害之一,自20世纪80年代以来,到2012年8月共发现地裂缝107条带,地裂缝所过之处建筑设施遭到严重破坏。本文以太原盆地裂缝为研究对象,发现地裂缝主要沿太谷-祁县-平遥和清徐-交城-文水呈带状群发,地裂缝发育区位于盆地地下水降落漏斗的边缘和第四系地层沉积厚度变化较大的区域。太原盆地深部莫霍面隆起,导致基底断块掀斜,地震勘探显示两大地裂缝群发带沿交城凹陷边缘断裂分布。我们认为太原盆地地裂缝呈带状群发的特征可能与莫霍面隆起导致的基底断折掀斜相关,或许还受盆地持续的区域拉张应力作用影响,但现今的超常活动应当是人类超采地下水诱发的。 更多还原     

北京平原区黄庄—高丽营断裂(房山—涞水段)第四纪活动特征的浅层综合探测证据

黄庄—高丽营断裂是北京平原区主要的隐伏活动断裂之一,其第四纪活动性对北京及邻区的城市规划、建设具有重要的意义.针对该隐伏断裂的复杂特征,本文通过可控源音频大地电磁测深(CSAMT)、浅层人工地震、高密度电阻率法等地球物理探测技术,结合联合钻孔剖面方法,揭示了黄庄—高丽营断裂房山—涞水段的第四纪活动性及主要特征,探测结果...     

长江三角洲南部地面沉降与地裂缝

过量开采地下水导致长江三角洲南部产生严重的地面沉降和地裂缝,造成巨大的经济损失.地面沉降和地裂缝的发生和发展在时空上与地下水开采具有密切联系,在地下水开采高峰期,地面沉降速率明显增加,在地下水位稳定期和回升期,地面沉降速率显著减小,甚至出现少量回弹.平面上,地面沉降分布形态与主采层地下水位分布形态具有很强的关联性;垂向上,地面沉降分布形态与沉降层、主采层及土层的厚度、压缩性等有关,弱透水层和含水层都可能成为主要沉降层.开采地下水条件下土层的变形与其经历的地下水位变化过程有关,不仅弱透水层存在塑性和粘塑性变形,在一定水位变化条件下含水砂层也存在塑性和粘塑性变形.地面沉降是地表下所有受影响土层的变形之和,为了控制地面沉降和地裂缝的发展,应限制地下水的开采量,尤其是避免出现地下水位低于土层历史上曾经达到的最低水位.     

d:\PDF\.pdf北京黄庄-高丽营隐伏断裂立水桥段 浅部活动特征的地震探测

采用浅层地震技术对北京市立水桥附近的黄庄—高丽营隐伏断裂浅部活动特征进行探测, 研究其活动形变特征。结果表明:立水桥附近区域的浅部(150 m以内)地层为3层结构, 黄庄—高丽营断裂是由多条断层组合而成的、至今仍在活动的隐伏断裂;断裂上盘存在沉降中心, 不同时期沉降中心位置不同、沉降幅度不同;受沉降中心的牵引, 沉降带边缘产生了多条小断裂。这些特征为黄庄—高丽营隐伏断裂的整体研究提供了可靠的依据, 也为浅部活动性提供了证据。     

活动断层作用下地裂缝开裂机理研究

地裂缝的成因机理争论不断,笔者认为活动断层与全新世浅表层开裂两者之间的联动机制为主要原因之一。文章以华北平原典型地裂缝为例,通过详尽地面调查、资料分析总结,结合地球物理勘察、槽探揭露和钻探等多种技术方法,得到以下几点认识:（1）依据全新世浅表层开裂形态特征,可将华北平原地裂缝划分为全新世节理裂隙型地裂缝和全新世活动断层型地裂缝。（2）节理裂隙型地裂缝开裂的外部条件是华北平原地下水位下降,疏干的松散含水层是地表水沿节理裂缝下渗后的储存场所,是产生渗透压力的原因;而活动断层是产生该类地裂缝的内部因素,两者缺一不可;活动断层型地裂缝实质是全新世活动断层。（3）节理裂隙型地裂缝主要特征是地表局部塌陷、间断性、地表无高差等;活动断层型地裂缝主要特征是连续性强,地表断距明显;地表断距是两种类型地裂缝的最主要区别特征。本文首次以构造活动断层与全新世浅表层开裂两者之间的联动机制为研究线索,阐述了构造活动断层在地裂缝形成过程中的具体作用,厘清了地下水位下降所扮演的“角色”,为城市规划建设提供了地质依据和建议。     

基于年龄测试的黄庄—高丽营断裂活动性研究

黄庄—高丽营断裂是北京平原区一条重要的活动断裂,在庙城—高丽营段沿线发生地裂缝,造成大量房屋墙体开裂和道路破坏。在西王路村探槽揭示该断裂错断第四系地层,产生地表地裂缝。探糟断裂孢粉年龄测试,该断裂发生年龄大致在13～22ka,仍处于活动状态。     

中国“采水型”地裂缝特征和成因分析

过量开采地下水诱发的地裂缝("采水型"地裂缝)灾害对社会造成严重损失,受到人们普遍关注。近几十年来,国内外学者对其成因机制进行了大量研究,取得了丰硕成果。本文系统分析了前人的研究成果,归纳出"采水型"地裂缝的差异沉降成因、拉张性水平应变成因和四种成因模式;然后针对中国三个典型的"采水型"地裂缝发育区,即汾渭盆地、华北平原、苏锡常地区,阐述了各地地裂缝分布、发育特征和成因机理,并选择典型地段地裂缝进行成因分析,认为汾渭盆地和华北平原地区部分地裂缝属于"先期断层模式",而苏锡常地区地裂缝总体属于"基岩起伏模式",并阐述了该模式下导致地裂缝发育的差异性变形、水平应变作用机理。     

探地雷达探测地裂缝的几个实例

由于地裂缝的形成原因多样,宽度小,展布特征特殊,采用探地雷达进行地裂缝探测,一般很难达到良好的探测效果。通过探地雷达在地下采空、活动断裂、地下水超采等3种不同原因产生的地裂缝上进行探测并取得较好波形图像的实例,介绍了从天线配置、测线布置到资料处理、图像解释等工作流程,总结了不同成因类型地裂缝的探地雷达波形特征。通过实地探孔、探槽验证,说明探地雷达法探测结果准确,探测结果准确反映了地裂缝深部的发育状况和发现新的地裂缝,对分析地裂缝的成因和机理提供了科学依据。     

昌都地区怒江、澜沧江、金沙江流域地槽发展的若干问题

地裂缝是地表岩土体内产生线性破裂的一种地质灾害,其中构造型地裂缝形成和发展与活动断层的运动特征密切相关。现有构造型地裂缝的报道大多与断层蠕滑活动有关,而针对断层黏滑运动(地震)所形成的地裂缝通常统一划分为地震地表破裂带,主要注重对其分布特征的调查,而针对其中单条地裂缝破裂特征和成因机理研究较为少见。本文以巴塘断裂在黄草坪段所形成的地裂缝为研究对象,通过野外地质调查、无人机测绘、野外槽探、物探等手段,揭示了地裂缝的浅-中-深几何结构及其成因机理。巴塘断裂在黄草坪段形成一槽谷地貌,地裂缝在槽谷中表现为一条具有线性特征的地貌陡坎S₁,坎高为0.26±0.03 m。横跨槽谷的探槽揭露出陡坎下部及两侧密集发育有18条地裂缝,根据地裂缝贯通上覆地层的情况可大致划分出3个活动时期,可能代表巴塘断裂全新世以来的3次地震事件,部分地裂缝贯通至地表与S₁陡坎相连,这可能是1870年巴塘M 7$ {\\raise0.7ex\\hbox{1} \\!\\mathord{\\left/ {\\vphantom {1 2}}\\right.} \\!\\lower0.7ex\\hbox{2}}$地震所致。横跨槽谷的地震反射剖面中表现出槽谷边界受控于两条相向而倾的铲型断裂,两条断裂共同形成了“Y”字型拉张地堑结构,而在地堑内部表现出有近直立的反射层变形带,位置大致可与陡坎S₁对应。全新世以来,巴塘断裂在右旋走滑过程中,在局部近地表形成多级“Y”字型拉张地堑构造,而地堑内部地裂缝密集发育,且地裂缝形成及贯通上覆土层过程与巴塘断裂地震活动密切相关,因此该地裂缝形态受巴塘断裂几何结构控制,活动期次与巴塘断裂的强震活动相对应,具有典型地震地裂缝的特点。     

Earth fissures in Qinglong Graben in Yuncheng Basin,China

Qinglong Graben is located in southeastern Yuncheng Basin, China flanked by two north-east trending normal faults, where the geological condition is favourable for generating earth fissures. Since 1978, five earth fissures have formed in Qinglong Gaben. In the present work, a series of geological investigation consisting of site investigation, geological drilling and trench excavation was used to characterise and determine the reasons for the formation of the earth fissures. The site investigation indicated that the trend of the five earth fissures are parallel to the general strike of the normal fault, i.e., geological drilling and trench studies revealed that syn-sedimentary fault is the key reason for the formation of the earth fissures. Additionally, over-exploitation of groundwater and erosion process are important factors in the development and expansion of the earth fissures in Qinglong Graben. The earth fissures forming process in Qinglong Graben can be divided into three stages: the regional extension first caused normal faults under the surface, and then the pumping action of excessive groundwater induced the normal faults propagate to the surface, and finally the erosion promoted the formation of the current earth fissure.     

北京地区地面沉降与地裂缝关系研究

地面沉降与地裂缝是北京平原区的主要地质灾害。本文在大量的实际资料的基础上,分析了地面沉降、地裂缝在时间、空间和活动方式上的关联,认为二者在加剧活动时间上具有同步性,在活动特征上具有相似性;但发育起点不同,分布上也存在某些不一致性。并以高丽营地裂缝为例,分析了地面沉降与地裂缝之间的相互作用,通过八仙庄地面沉降监测站分层监测结果、地下水监测孔的年水位变幅和勘察孔揭露的地层情况,计算出地裂缝两侧土层不均匀沉降差占地裂缝垂向位错量的30%。研究结果可为二者的联合防治提供理论依据。     

The analyses focusing on formation mechanism of Nanzhangzhuang ground fissure in Hengshui City,China

The paper focuses on the formation of Nanzhangzhuang ground fissure through emphatically analysing factors including the intersection fault dislocation, the deep ground-water over-exploitation together with the landform and lithology features. Features of the ground fissure are explained in detail after describing the geological setting in the study area. The paper also provides dynamic mode of the ground fissure formation via force analysis of the soil body unit at ground fissures. Conclusions can be drawn that the stress state of soil bodies changed with the activities of two intersection faults, namely Hengshui fault and Hubei fault. In addition, the stress fields control the development of ground fissure. The deep groundwater in Hengshui area dropped considerably in recent years, to be precise, the water elevation of deep groundwater dropped from -26 m to -94 m by 2010 at the centre of groundwater funnel. The over-exploitation of deep groundwater in Hengshui area enlarged the ground fissures. The data concerning shallow borehole show that the vertical lithology mainly consists of silt, silty clay and silty sandy soil, which all belong to the middle-compressed soil. The lateral extension of the soil bodies occur with pumping and tectonic creep, and the clay layers on both sides of the cracks can stay upright. Thus the ground fissure came visible.     

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。