71第七讲地面变形地质灾害地裂缝

1、第七讲 地面变形地质灾害陈丽霞中国地质大学（武汉）地空学院地球信息科学与技术系主要内容一概述二地面变形地质灾害的类型三中国地面变形地质灾害的分布规律四地面塌陷五地面沉降六地裂缝一、概述 地面变形地质灾害的定义广义：指因内、外动力地质作用和人类活动而使地面形态发生变形破坏，造成经济损失和（或）人员伤亡的现象和过程。 如，构造运动引起的山地台升和盆地下沉；抽取地下水、开采地下矿产等人类活动造成的地裂缝、地面沉降和塌陷等。狭义：指地面沉降、地裂缝和地面塌陷等以地面垂直变形破坏或地面标高改变为主的地质灾害。太原市太原市西安大雁塔西安大雁塔无锡市无锡市地面沉降地面沉降地面塌陷地面塌陷地裂缝地裂缝随着人类

2、活动的加强，人为因素已经成为地面变形地质灾害的重要原因。因此，在发展经济、进行大规模建设和矿产开采的过程中，必须对地面变形地质灾害及其可能造成的危害有充分的认识，加强地面变形地质灾害的成因、预测和防治措施的研究，有效减轻地面变形地质灾害造成的经济损失。基于spot-5图像解译的唐山市煤矿采矿沉陷区分布图（李成尊等，2006）二、地面变形地质灾害的类型主要内容一、概述1968年7月25日，山东莒县，郯城一带发生8.5级强烈地震时，郯城某乡学生李献玉的房内出现了地裂缝，随即他被陷入缝中，几次试图爬上来都没有成功。正当他无可奈何时，裂缝内突然喷涌出水，一下子把他托出了水面，他趁势爬了出来，安然无恙。

3、二、地裂缝的特征1. 发育的方向性与延展性2. 灾害的非对称性和不均一性3. 灾害的渐进性4. 灾害的周期性1、地裂缝发育的方向性与延展性中国东部部分地区地裂缝分布示意图（王景明，2000）河北平原地裂缝走向玫瑰花图和组系图（王景明，2000）2.地裂缝灾害的非对称性和不均一性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，且地裂缝两侧的影响宽度以及对建筑物的破坏程度具有弱，且地裂缝两侧的影响宽度以及对建筑物的破坏程度具有明显的明显的非对称性非对称性。 如，山西大同铁路分局地裂缝的南侧影响宽度明显比北侧如，山西大同铁路分局地裂缝的南侧

4、影响宽度明显比北侧的影响宽度大。的影响宽度大。同一条地裂缝的不同部位，地裂缝活动强度和破坏程度也有同一条地裂缝的不同部位，地裂缝活动强度和破坏程度也有差别。在转折和错列部位相对较重，显示出差别。在转折和错列部位相对较重，显示出不均一性不均一性。 如，西安大雁塔地裂缝，东段活动强度最大，塌陷灾害最如，西安大雁塔地裂缝，东段活动强度最大，塌陷灾害最严重，中段灾害次之，西段的破坏效应很不明显。严重，中段灾害次之，西段的破坏效应很不明显。（刘玉海（刘玉海，1994）剖面上，危害程度自下而上逐渐加强，累计破坏效应集中于剖面上，危害程度自下而上逐渐加强，累计破坏效应集中于地基基础与上部结构交接部位的地表浅

5、部十几米深的范围内地基基础与上部结构交接部位的地表浅部十几米深的范围内。3.灾害的渐进性4.灾害的周期性 在时间序列上，地裂缝灾害往往表现出一定的周期性。在时间序列上，地裂缝灾害往往表现出一定的周期性。 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。加剧，致灾作用增强，反之则减弱。雨季及用水平衡期用水稳定期枯水期山西大同机车厂地裂缝垂直变形量的周期性变化趋势5.其他活动特性三、地裂缝的类型按形成的动力条件分类：按形成的动力条件分类：1.内动力形成的构造地裂缝（构造型）内动力形成的构造地裂缝（构造型）2.外

6、动力作用形成的地裂缝（非构造型）外动力作用形成的地裂缝（非构造型）按应力作用方式分类：按应力作用方式分类：1.压性地裂缝压性地裂缝2.扭性地裂缝扭性地裂缝3.张性地裂缝张性地裂缝1.构造地裂缝构造地裂缝：构造地裂缝：由于地壳构造运动直接或间接在基岩或土由于地壳构造运动直接或间接在基岩或土层中所产生的开裂变形。层中所产生的开裂变形。 多数由断裂的缓慢蠕滑或快速粘滑而形成，断层的多数由断裂的缓慢蠕滑或快速粘滑而形成，断层的快速粘滑活动常伴有地震发生，因而快速粘滑活动常伴有地震发生，因而又称为地震地裂缝又称为地震地裂缝；褶皱构造作用和火山活动也可产生构造地裂缝。；褶皱构造作用和火山活动也可产生构造地

7、裂缝。 特点：特点：（1）构造地裂缝延伸稳定，不受地表地形、岩土性质和）构造地裂缝延伸稳定，不受地表地形、岩土性质和其他地址条件影响，可切错山脊、陡砍、河流阶地等线状其他地址条件影响，可切错山脊、陡砍、河流阶地等线状地貌。地貌。（2）构造地裂缝活动具有明显的继承性和周期性。）构造地裂缝活动具有明显的继承性和周期性。（3）在平面上，呈断续的折线状、锯齿状或雁行状排列）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。；在剖面上近于直立，呈阶梯状、地堑状、地垒状排列。截至2001年，我国已查明的具有一定规模的地裂缝1003处，6000多条，80%为构造裂

8、缝（王景明等，2001）。2. 非构造地裂缝四、中国地裂缝的分布中国东部部分地区地裂缝分布示意图（王景明，2000）中国地裂缝主要是断裂构造蠕变活动而产生的构造地裂缝。（王景明等，2000）汾渭盆地、太行山东麓平原和大别山东北麓平原形成了三个规模巨大的地裂缝发育地带。1982年，出现4条近sn向地裂缝，构成长约500m,深约2.5-3.0m,宽约15m的地裂缝带。四、中国地裂缝的分布中国东部部分地区地裂缝分布示意图（王景明，2000）中国地裂缝主要是断裂构造蠕变活动而产生的构造地裂缝。（王景明等，2000）汾渭盆地、太行山东麓平原和大别山东北麓平原形成了三个规模巨大的地裂缝发育地带。全长约80

9、0km，共400多处地裂缝，共涉及50个县市。河北平原地裂缝发育时间图四、中国地裂缝的分布中国东部部分地区地裂缝分布示意图（王景明，2000）中国地裂缝主要是断裂构造蠕变活动而产生的构造地裂缝。（王景明等，2000）汾渭盆地、太行山东麓平原和大别山东北麓平原形成了三个规模巨大的地裂缝发育地带。1976年唐山大地震前后，大别山北麓山前倾斜平原出现的大量地裂缝主要分布在豫东南和皖西南的11个县市，其范围南北宽近100km,东西长约150km中国各区地裂缝中国各区地裂缝发育程度对比表发育程度对比表（王景明等（王景明等 20012001）五、地裂缝的成因机制和形成条件成因之争成因的研究，始于西安地裂缝

10、的讨论。地面沉降成因论：认为西安地裂缝是因为过量抽取地下水而引起地面沉降所致，在差异沉降陡变带上，由于两侧变形差大于岩土体的极限应变能力而发生地表破裂，而局部地质构造只对其起控制作用。吴在宝，钟龙辉，1986年构造成因论：认为西安地裂缝是因为基底伸展断裂系在横向拉张应力场作用下，并同时叠加了地下水开采的影响。王景明，王兰生，彭建兵，1986,1994,2006五、地裂缝的成因机制和形成条件1. 构造地裂缝构造地裂缝成因机制框图（1）构造地裂缝是在构造运动和外动力地质作用（自然和人为）共同作用的结果。决定地裂缝活动的决定地裂缝活动的性质和展布特征性质和展布特征决定地裂缝发决定地裂缝发生的时间生的

11、时间/地段地段/发育程度发育程度构造地裂缝内因：构造地裂缝大都形成于隐伏活动断裂带之上。若断裂两盘发生差异活动导致地面拉张变形，或者因活动断裂走滑、倾滑诱发地震影响等均可在地表产生地裂缝。缓慢的构造应力积累使断裂发生蠕变活动而形成地裂缝。这种地裂缝分布广、规模大、危害最严重。区域应力场的改变，使土层中构造节理开启也可发展为地裂缝。如1966年邢台地震后，华北平原在区域应力调整过程中出现了大范围的地裂缝灾害，并于1968年达到高潮。河北平原地裂缝和地震活动时间对比图构造地裂缝外因：2. 非构造地裂缝（1）崩塌、滑坡、岩溶塌陷等地质灾害（2）黄土湿陷、膨胀土胀缩、松散土潜蚀（3）干旱、冻融（4）矿

12、山开采、过量开采地下水河北衡水地区地裂缝深度与地下水降深之间的关系（王秀艳等，2006） 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，同时又受其他因素影响的综合作用的结果。 总体而言，控制地裂缝活动的首要条件是现今构造活动程度，其次是崩塌、滑坡、塌陷等灾害动力活动程度以及动力活动条件等。六、地裂缝的危害构造应力构造应力裂缝蠕滑、错动裂缝蠕滑、错动表土破坏、地基破坏表土破坏、地基破坏地下工程破坏地下工程破坏地表建筑破坏地表建筑破坏重力重力地裂缝成灾机理框图主要危害：房屋开裂地面设施破坏农田漏水截至2001年，我国地裂缝造成的经济损失约为91.2亿元，其中华北地区的损失占70%。西安市及近郊地区地裂缝分布图地裂缝穿越91座工厂，40所学校60多处公用设施、41个村寨；破坏道路60处、围墙427处，132栋楼房受破坏和影响，1057间平房受毁，18处文物古迹受损，仅民用住房损失达2164.6万元。西安地裂缝闻名中外，影响范围超过150km2.西安地裂缝灾害逐渐加重对比表（王景明，2001）中国部分省区地裂缝灾害损失表（王景明，2001）七、地裂缝灾害的防治措施1.1.控制人为因素的诱发作用控制人为因素的诱发作用2