1、标题：西安地铁二号线沿线地裂缝成因分析 jiabailie 转载 发布时间：2009-1-15 10:59:21 阅读次数： 621西安地铁二号线沿线地裂缝成因分析摘要:西安地铁二号线沿线地裂缝主要包括西安地裂缝、长安地裂缝和次级裂缝 f0。西安地裂缝总体为北东走向,活动方式为南倾南降,分布在临潼长安断裂带(FN)上盘。长安地裂缝目前活动性较弱,处于隐伏状态。本文简要介绍了沿线地裂缝的基本情况,并在地裂缝勘察成果的基础上分析归纳得出,西安地裂缝的形成与深部构造活动有关,现今的超常活动与过量抽汲深层承压水导致地面不均匀沉降有关。长安地裂缝成因有两种:一种是构造成因,一种是重力成因。关键词:西安地
2、铁二号线 ;地裂缝;成因分析1 西安地铁二号线工程概况西安地铁二号线是西安拟建的第一条地铁线路,对西安城市经济建设具有重要的作用。地裂缝是西安地区主要的地质灾害之一,对各类工程建筑、交通设施、城市生命线工程及土地资源造成严重破坏,地铁安全运营也将在一定程度上受到地裂缝活动的影响。因此有必要对地铁沿线地裂缝的形成发展及活动机理深入研究,这对正确选取经济、有效、可行的地裂缝灾害防治措施具有重要的指导意义。西安地铁二号线北起拟建的西安铁路北客站,沿未央路向南经过张家堡、北门、北大街、钟楼、南大街、长安路至韦曲,正线全长 26.456km,沿线设21 座车站 ,其中 4 座高架站。地下线路埋深一般为
3、1322m。2 沿线地裂缝概况地铁二号线沿线地裂缝主要包括西安地裂缝、长安地裂缝和次级裂缝f0。根据勘察结果, 地铁二号线穿越了西安地裂缝中的 11 条主地裂缝和 2条次生地裂缝,此外还穿越了 3 条长安地裂缝(图 1)。2.1 西安地裂缝西安地裂缝是一种地区性的地质灾害现象,包括已出露地表的地裂缝和未在地表出露的隐伏地裂缝。“西安地裂缝” 一词具有其特定的意义 ,它专指在过量开采承压水产生不均匀地面沉降条件下,临潼长安断裂带(FN)西北侧(上盘) 的一组北东走向的隐伏地裂缝出现活动,在地表形成的破裂 1。根据西安地裂缝的最新研究成果2,目前西安地裂缝共有 14 条主地裂缝(自北向南编号依次为
4、 f1f14)和 3 条次生地裂缝(f5、f6、f9),均分布在黄土梁洼地貌范围内,面积约 150km2,地裂缝出露总长度 72km,延伸长约 103km,单条地裂缝地表出露最长 14.5km,最短 2km。地裂缝向东西两侧延伸,东过灞河, 西过皂河。地铁二号线穿越了西安地裂缝中的 11 条主地裂缝(f2、f3、f5、f6、f7 、f8、f9 、f10 、f11、f12、f14)和 2 条次生地裂缝(f6、f9)。2.2 长安地裂缝目前,在西安市长安区发现多处地裂缝。本文将临潼长安断裂带(FN)以南长安区的地裂缝称为长安地裂缝。目前在线路沿线已发现 3 条长安地裂缝(定名为 fc1、fc2 、
5、fc3)。fc1 位于长安区北长安街杜陵路以北段,fc2 位于长安区北长安街杜陵路以南段。fc1、fc2 地裂缝在地表均未见破裂 ,但由钻孔资料显示,其深部标志地层古土壤层错断, 其中 fc1 地裂缝最大错距达3.02m。fc3 发育于长安区韦曲什字以北的北长安街上,裂缝长约 24m,近东西向延伸,两个延伸方向未见破裂痕迹, 裂缝呈波浪状,西侧路面裂缝宽大, 最大宽度 3cm,东侧裂缝宽度小。总体上裂缝北侧相对上升,南侧相对下降。地铁二号线穿越了上述 3 条长安地裂缝。另外在线路附近,距线路约 0.5km 处的长安区环城西路酒厂门前出露一条地裂缝,走向约 NE60,称长安酒厂地裂缝, 目前该裂
6、缝在酒厂门前的环城西路上较为明显,裂缝两盘北升南降, 累积高差达 15cm,沿地裂缝带房屋墙体有开裂现象。裂缝向西延伸到液化气厂,向北东延伸到北长安街西侧,在地铁线路附近尖灭。2.3 次级裂缝 f0次级裂缝 f0 位于未央路青龙饭店南,路面未见破裂。3 沿线地裂缝成因分析地裂缝的成因机理是多样的、复杂的,其成因主要包括构造活动、地下水开采、地层岩性条件、地貌界限、降水及地表水入渗、地下采矿、建筑荷载及动荷载等3。3.1 西安地裂缝成因(1)构造活动深部构造活动是地裂缝活动的内因,决定了地裂缝延伸和展布的规律及其力学性质。地裂缝是大范围深部构造活动或断裂的蠕动在地表的反映,它表现出在大范围内有统
7、一的受力方向,并且与区域构造方向以及区域构造应力场的力学性质有很好的一致性。西安断陷受应力场控制,应力- 应变分析表明,在 NE-SW 向挤压应力与上地幔隆升作用下,产生形变。作用的结果使 NW-SE 向出现伸展应变。这种伸展应变是材料的泊松效应,也是渭河盆地区域主应力的成因4。在上述区域应力场中,西安断块和骊山断块的掀斜是伸展作用和重力作用的结果,NW 向的伸展应变是掀斜的基础, 重力是掀斜的条件 ,重力作用对非直立张性断裂的作用能使断块发生有规律的掀斜。陡倾角的正断层无论是在无围压或低围压的地表或在有一定围压的地壳中上部,沿其滑动都较容易。而对于缓倾断层,尤其在围压增加的情况下, 沿原有的
8、软弱面滑动所需的应力较陡倾的新裂面大,故易在围岩中产生新的破裂断层。临潼长安断裂是这种成因的断裂,其上盘发育的一系列陡倾正断层即与西安地裂缝相对应。(2)过量抽汲深层承压水在过量抽汲地下水的情况下,含水砂层的水头降低,砂层与粘性土层原有的水力平衡状态被破坏。在新的水力梯度作用下,粘性土层中的孔隙水压力逐渐降低,一部分原来由孔隙水承担的上覆荷重转移到粘土颗粒组成的骨架上, 随着有效应力的增加, 土的孔隙体积不断降低而使土体压缩变形。这种形式的变形大部分是不可逆的,属于塑性变形, 是产生永久性地面沉降的主要原因, 此外抽水过程中井孔附近的粉细砂粒随水流被抽走也可造成局部地面沉降。地面沉降对地裂缝的
9、影响作用是通过地裂缝(包括下伏断层)两侧黄土梁与洼地之间由于地层结构差异而引起的差异压密变形,使得断层上下两盘的垂直下沉变形不同步,两盘产生相对位移, 从而引起地裂缝超常活动。目前西安地裂缝 f11 和 f12 活动加剧, 过量抽汲深层承压水是其加剧的原因。西安地裂缝 f11 发育于南窑头黄土梁南侧,西起南寨子,向东经市第七医院至南窑村西。20 世纪 90 年代末期至今, 活动状况有加剧迹象。在地铁二号线附近,于绕城高速长安收费站入口处经长安南路,一直进入到陕西省交警总队院内。该处地裂缝发育明显,路面呈台阶状, 北高南低。裂缝走向 NE70,地面出露较平直,裂缝宽 36cm。2006 年 41
10、2 月 ,该段地裂缝活动明显加剧, 绕城高速立交东北侧人行道上, 地裂缝陡坎高度由 3cm 增至 7cm。西安地裂缝 f12 发育于东三爻村黄土梁南侧,西起三森国际家具城,向东经长安南路、东三爻村、穿过绕城高速至曲江管委会办公区,出露长度约2km。裂缝走向约 NE50,倾向 SE,倾角 80。值得注意的是,东三爻村居民总数约 2 万余人 ,生活、生产用水全部来源于开采深层承压水,近年来随着生产发展, 生活水平提高,用水量急剧增加, 导致深层承压水开采量增加,这是导致地裂缝 f11 和 f12 活动性加剧的重要原因。(3)其它影响因素地裂缝活动的影响因素是极其复杂的,除了上述两个重要因素外,其它
11、诸如地貌界限、地层岩性条件(不均匀、湿陷等) 、降水及地表水入渗、建筑荷载及动荷载等也有一定的影响作用。3.2 长安地裂缝成因(1)长安地裂缝 fc1、fc2根据调查,长安地裂缝 fc1、fc2 在地表没有破裂现象。但根据钻探资料显示(表 1),标志层古土壤层错动,并且错距随着深度的加深而增加。这也反映了深部构造活动对地裂缝活动的控制作用4。此外,地裂缝错动表现为南侧(上盘) 相对下降, 北侧(下盘 )相对上升的正断层性质。可见,长安地裂缝fc1、fc2 有着与西安地裂缝相似的构造基础。地裂缝 fc1、fc2 虽然目前活动性较弱,地表无任何活动迹象, 处于隐伏状态。但随着人们生产、生活活动的发
12、展,过量开采地下水也很可能会导致其活动。(2)长安地裂缝 fc3根据钻探剖面显示(图 2),地裂缝 fc3 发育在地貌界限附近,地形为北高南低的缓坡。在地貌界限北侧地貌单元沉积的地层是 Q2 风积成因的黄土层和残积成因的古土壤层,而在南侧则是 Q4 冲洪积成因的粉质粘土层、砂层和卵石层。Q2 风积成因的黄土层和残积成因的古土壤层的压缩系数小 ,而Q4 冲洪积成因的粉质粘土层的压缩系数较大。这是由于地貌界限两侧差异升降的影响,在沉积过程中,两个地貌单元沉积了不同时代、不同成因类型、不同岩性的地层,从而在地貌界限附近形成地层结构差异带,其物理力学性质有所差异, 在重力等因素作用下,界限两侧出现垂直
13、沉降差异,最终在地貌界限附近产生地裂缝。因此,可判定此裂缝是由于地貌分界带岩土物理力学性质差异以及重力作用产生差异沉降而引起的地裂缝。(3)长安酒厂地裂缝根据钻探资料显示,裂缝两侧地层结构一致, 标志层(古土壤层) 及其余地层层位稳定,层底界限连续, 未错动。由此可判定此地裂缝由非构造原因引起。据土工试验及原位测试资料,地裂缝两侧岩土物理力学指标差异明显,北盘地层岩土的含水率和压缩系数明显低于南盘,而抗剪强度指标明显大于南盘(表 2)。在地表下 9.0m 范围内, 地裂缝成为物理力学性质差异的分界线。对于同一地层结构,局部区域会出现地层厚度不均匀或者岩土物理力学性质差异(主要表现为含水量、压缩
14、性等的差异) 的情况。这种差异直接导致岩土在长期的重力作用下产生不均匀的压密变形,地面产生差异沉降。当沉降差异过大时,在差异最大的地方出现地裂缝。因此,长安酒厂地裂缝是由于岩土物理力学性质差异引起的重力地裂缝。3.3 次级裂缝 f0 成因次级裂缝 f0 在地表没有出露,根据钻探和浅层地震探测显示,f0 是由断裂构造活动引起的地层错动,活动性弱, 为次级构造裂缝。4 结语(1)西安地裂缝的形成是由深部构造活动引起的,但人类活动尤其是过量抽汲深层承压水是目前地裂缝剧烈活动的主要原因。长安地裂缝 fc1、fc2的成因与西安地裂缝类似,但目前尚没有剧烈活动。(2)长安地裂缝 fc3 是由于地貌分界带地
15、层结构不同引起的岩土物理力学性质差异形成的重力地裂缝。长安酒厂地裂缝是由于地层结构相同情况下岩土物理力学性质差异引起的重力地裂缝。(3)f0 次级裂缝是由断裂构造活动引起的构造地裂缝,延伸短、活动性弱、影响较小。参考文献: 1 DBJ 61-6-2006,西安地裂缝场地勘察与工程设计规程S.2006. 2 长安大学工程设计研究院.西安市城市快速轨道交通二号线详细勘察阶段沿线地裂缝勘察报告R.西安: 长安大学工程设计研究院,2007. 3 张家明. 西安地裂缝研究 M.西安: 西北大学出版社,1990. 4 李新生. 对西安地裂缝形成机制的几点新看法 J.西安地质学院学报,1994,16(2):28-35.
