河北平原地裂縫的研究與分析

王英豪

(河北省水利水電勘測設(shè)計研究院,天津　300250)

1　概述

地裂縫是在內(nèi)外動力作用下巖土層發(fā)生變形,當(dāng)力的作用與積累超過巖土層內(nèi)部的結(jié)合力時,巖土層發(fā)生破裂,其連續(xù)性遭到破壞,形成裂隙,并出露于地表的一種地質(zhì)現(xiàn)象。

地裂縫的規(guī)模主要取決于一次地裂縫活動所出現(xiàn)的地裂縫條數(shù)、累計長度和影響范圍。根據(jù)這些指標(biāo),地裂縫分為3個等級：①小規(guī)模地裂縫。地裂縫累計長度<100 m,影響范圍<0.5 km2；②中等規(guī)模地裂縫。地裂縫累計長度<100～1 000 m,影響范圍0.5～5.0 km2；③大規(guī)模地裂縫。地裂縫累計長度>1 000 m,影響范圍>5.0 km2。

當(dāng)這種地質(zhì)現(xiàn)象在空間上形成一定規(guī)模和強度時,便會對經(jīng)濟(jì)建設(shè)和人類本身的存在形成威脅,發(fā)展為地質(zhì)災(zāi)害。平原地裂縫,以河北平原的邯鄲市地裂縫發(fā)現(xiàn)最早,規(guī)模最大,危害最重。地裂縫給城鄉(xiāng)工程建設(shè),工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活帶來巨大危害,它可穿越工業(yè)區(qū)、居民區(qū),造成廠房民居的倒塌；橫切交通要道，造成交通癱瘓；橫切輸送管線，造成輸水、輸油、輸氣的中斷等。僅邯鄲地裂縫造成的經(jīng)濟(jì)損失就數(shù)以億計[1]。該地質(zhì)災(zāi)害的破壞力是持續(xù)和長久的，因此對地裂縫災(zāi)害治理、地裂縫工程地質(zhì)評價的研究就具有了實用的意義。

2　地裂縫的特征及分布規(guī)律

2.1　地裂縫的特征

河北平原現(xiàn)查明的地裂縫都分布在太行山與燕山山前傾斜平原亞區(qū)和中部低平原亞區(qū)，發(fā)育在全新世巨厚的沖積和沖洪積相的亞砂土、亞粘土、粘土和砂層中。規(guī)模大小不一，單長不一。數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示，地裂縫在空間分布、產(chǎn)狀形態(tài)和位移動向上有一定的規(guī)律,概括如下：

(1)區(qū)域性。河北平原較大的地裂縫(長度500 m以上的地裂縫)在全區(qū)均有發(fā)育，各處地裂縫組的發(fā)育強弱程度也基本相應(yīng)，具有明顯的區(qū)域性特征。

(2)成帶性。地裂縫橫向多由一條主干縫和數(shù)條伴生地裂縫組成地裂縫帶，呈帶狀定向延伸。

(3)方向性[2]。河北平原地裂縫大體上遵循NW275°、NW305°、NE5°、NE30°和NE60°等固定方向延伸，多受構(gòu)造控制。很少一部分地裂縫受局部地貌控制，但該部分地裂縫也受構(gòu)造控制。

(4)系統(tǒng)性。河北平原地裂縫在總體上分為兩個地裂縫系。由NE5°、NW275°和NE50°組成的節(jié)理系1；由NE30°和NW305°組成的節(jié)理系2。地裂縫與該區(qū)分成兩個節(jié)理系統(tǒng)的土層構(gòu)造節(jié)理大部分是對應(yīng)的。

(5)與小地震活動的相關(guān)性。一些規(guī)模較大的地裂縫多在其20 km范圍內(nèi)的3級—5級地震發(fā)生后的0-7個月后出現(xiàn)。

2.2　地裂縫的分布規(guī)律

河北平原地裂縫自20世紀(jì)60年代發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)的16條，到90年代共發(fā)現(xiàn)367條。隨著時間的推移，地裂縫的發(fā)生頻率逐漸加強，其分布范圍呈逐漸擴(kuò)大的趨勢，分布趨勢逐漸由南向北擴(kuò)展[3]。

3　地裂縫的形成機(jī)制和防治措施

單一因素形成的地裂縫是極少的，綜合多種因素，河北平原地裂縫成因類型可分為地震型地裂縫、潛蝕型地裂縫、脹縮型地裂縫、黃土濕陷型地裂縫和滑坡型地裂縫五種基本類型[4]。

3.1　地震型地裂縫

該種地裂縫是由地殼內(nèi)動力地質(zhì)作用如構(gòu)造運動、地震活動等引起的，包括構(gòu)造性地裂縫和非構(gòu)造性地裂縫。

構(gòu)造性地裂縫是由地震作用產(chǎn)生的橫向水平力造成的，而不是地震本身造成的大地開裂。是由具有一定方向性的地面波動產(chǎn)生的，這種方向性取決于下部基巖中發(fā)震斷裂，故這種地裂縫的力學(xué)特征與震源機(jī)制相應(yīng)，構(gòu)造性地裂縫的生成機(jī)制與發(fā)震斷裂機(jī)制一致。

在溶蝕、風(fēng)化、熱脹、冷縮、壓實、失水等因素作用下形成的裂縫叫非構(gòu)造性地裂縫。非構(gòu)造性地裂縫多與地表變形現(xiàn)象伴生，且多分布在古河道、河岸等地。該地裂縫破壞力小，規(guī)模小，開裂不深。

地震型地裂縫是分布面積最廣、規(guī)模最大、危害最大的一種地裂縫?；谌祟惸壳暗募夹g(shù)水平是無法根治的，有效的措施就是避讓。擬建工程應(yīng)避開地震高烈度區(qū)，無法避讓時，不能橫跨地裂區(qū)域，在工程區(qū)要采用柔性網(wǎng)狀基礎(chǔ)或整體基礎(chǔ)，避免不均勻沉降的發(fā)生。當(dāng)建筑物不是橫跨地裂區(qū)域，允許范圍的地裂寬度對建筑物的安全造成不了很大的影響，這關(guān)鍵是由于地裂縫引起的不均勻沉降是造成建筑物破壞的主要原因。故在建筑物基礎(chǔ)底部及周圍影響范圍內(nèi)墊以適當(dāng)厚度的柔性墊層，可緩沖不均勻沉降。

3.2　潛蝕型地裂縫

在疏松的砂質(zhì)土層或土壩、土堤中,強烈的地下水滲透活動一方面帶走大量細(xì)小顆粒,使土體中的孔隙加大；另一方面土體顆粒間的摩擦力減小,土體發(fā)生陷落和開裂產(chǎn)生的裂縫為淺蝕型地裂縫。潛蝕型地裂縫的分布方向基本與地表徑流和地下徑流方向一致，或與河床呈小角度交叉分布。目前，地質(zhì)生態(tài)環(huán)境嚴(yán)重破壞，雨季洪水的外部因素加速了地裂縫的形成。

對潛蝕性地裂縫的防治，應(yīng)嚴(yán)格控制淺層地下水的開采，使地下水位穩(wěn)定，徹底改善平原地質(zhì)生態(tài)環(huán)境。對于河道兩岸與古洼地邊緣，多次發(fā)生潛蝕型地裂縫的區(qū)域，擬建重要工程應(yīng)避開和遠(yuǎn)離該區(qū)域。

3.3　脹縮型地裂縫

脹縮型地裂縫與含有親水性礦物的粘性膨脹土的存在有極大的關(guān)系。當(dāng)膨脹土被飽和時，不會出現(xiàn)該種類型的地裂縫；當(dāng)膨脹土失水干燥后，則產(chǎn)生明顯的地面變形，可使地坪隆起、墻體開裂，在水庫的浸沒區(qū)域形成地裂縫帶，其展布方向不規(guī)則。

對脹縮型地裂縫的防治，首先要準(zhǔn)確地判別出膨脹土的類型，然后采取諸如防水、保濕、砂墊法、樁基等措施。

3.4　黃土濕陷型地裂縫

黃土濕陷型地裂縫主要是由于黃土層被飽和后，短時間內(nèi)土體的強度迅速降低，工程性能變差，產(chǎn)生沉陷，造成厚層和巨厚層黃土地層產(chǎn)生裂縫。對黃土濕陷型地裂縫的防治，主要的措施就是保持黃土層的高強度，盡量避免黃土層被飽和。

3.5　滑坡型地裂縫

滑坡型地裂縫是由于邊坡滑動造成的地表開裂而引起的。這種地裂縫的根治要從根治滑坡開始。

4　地裂縫的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

河北平原地裂縫自1963年邯鄲地裂縫到1978年河北平原地裂縫，39個縣發(fā)生地裂縫共228條。河北平原地裂縫隨著時間的推移，地裂縫的數(shù)量不斷增加，地裂縫的規(guī)模不斷擴(kuò)大，其在時間和空間上都呈不斷上揚的趨勢，且地裂縫的發(fā)生發(fā)展具有間斷周期性，這與現(xiàn)代工業(yè)建設(shè)日益增強和地質(zhì)環(huán)境的不斷惡化有很大關(guān)系。

5　結(jié)語

河北平原地裂縫隨著時間的推移，呈現(xiàn)遞增的趨勢；在區(qū)域空間上，呈現(xiàn)不斷擴(kuò)展性。地裂縫的形成大部分不是單一因素造成的，往往是諸多因素共同作用的結(jié)果。在地裂縫的認(rèn)識上，總體遵循構(gòu)造運動主導(dǎo)，地形地貌、土體巖性、降水作用為條件產(chǎn)生。當(dāng)今工程建設(shè)高速發(fā)展，對地裂縫的研究和分析，具有重要的現(xiàn)實意義。

參考文獻(xiàn):

[1]王景明.河北平原地裂縫及其危害[J].水土保持學(xué)報,1990(4).

[2]王景明.河北省地裂縫災(zāi)害與成因分析[J].中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報,1994(S1).

[3]李俊.河北平原地裂縫的分布規(guī)律及成因初探[J].水土保持研究,2003(3).

[4]田級生.河北平原地裂縫形成機(jī)制與防治[J].河北省科學(xué)院學(xué)報,2003(3).