王浩男，倪振強

（聊城大學建筑工程學院，山東聊城252000）

汶川地震地裂縫發(fā)育特征及治理方法研究

王浩男*，倪振強

（聊城大學建筑工程學院，山東聊城252000）

地裂縫是地震荷載下在地面造成的地面開裂或斷裂現(xiàn)象，根據(jù)其特征與成因可以分為地震構(gòu)造地裂縫和地震重力地裂縫2類。通過對這些地裂縫集中區(qū)域的研究，總結(jié)出一般地震地裂縫的發(fā)育程度與地震震級、地震烈度、震源深度與斷層滑移程度和地形地貌等有著密切聯(lián)系。由于地震裂縫的危害性，當我們在巖土工程的勘察與施工中發(fā)現(xiàn)時，都應該予以重視，并提出合理的處理方案。

汶川地震；地裂縫；發(fā)育特征；治理方法

1　概述

地震地裂縫指地震在地面上所造成的沒有明顯位移的裂隙，是地表巖土體在地震荷載的強烈作用下，或由于地表地震應力釋放，導致地表或巖層中形成開裂或斷裂的現(xiàn)象。地震裂縫在6級以上強震中是一種常見的破壞現(xiàn)象，大都發(fā)生在現(xiàn)代松散沉積物中，有時密集成具有一定方向的裂隙帶。這些裂隙帶的產(chǎn)生有的明顯受地形控制，有的與構(gòu)造活動有關(guān)。

當這種現(xiàn)象發(fā)生在斜坡地帶時，就可能發(fā)展成為滑坡、崩塌等山地災害［1-3］。

2008年在我國四川省汶川縣發(fā)生了Ms8.0大地震，強烈的地震誘發(fā)了大量崩塌、滑坡、地裂縫等次生山地災害。其中地震地裂縫是破壞最為嚴重的次生山地災害之一，也是威脅災區(qū)重建的重要因素。目前，國內(nèi)外學者對地震地裂縫的研究相對較少，研究集中在單個具體災害項目上。本文在前人研究基礎(chǔ)上，以汶川地震地裂縫的成因機理和發(fā)育特征為基礎(chǔ)，對地震地裂縫進行了詳細研究，并提出了相應的工程治理對策。這對提高地震地裂縫的認識水平，對提高山地災害科學的發(fā)展和指導地震地裂縫災害的防治具有重要意義［4-6］。

2　地震地裂縫的分類及其特征與成因

地震釋放出來的能量通常以地震波的形式傳播出來，造成地動山搖、山崩地裂、房屋倒塌、巖土體或地層遭受破裂。地震地裂縫是地震斷裂活動在地表的一種反映，根據(jù)地震地裂縫的形成機理，可分為地震構(gòu)造地裂縫和地震重力地裂縫（地震非構(gòu)造地裂縫）2類。

2.1地震構(gòu)造地裂縫

地震構(gòu)造地裂縫主要指地震斷裂構(gòu)造在地震活動中在地表所產(chǎn)生的裂縫，它是震源深處斷層活動在地表的最直接、最具體的反映。地震構(gòu)造地裂縫產(chǎn)生的位置與地震斷裂帶基本重合或在斷裂附近。在一般情況下，只有破壞性的大地震，或烈度大于Ⅵ度以上的地震，才會在地表出現(xiàn)地震構(gòu)造地裂縫，見圖1。

地震構(gòu)造地裂縫一般具有規(guī)模較大、延伸較遠、受發(fā)震構(gòu)造的控制等特點，具有明顯的方向性。地震構(gòu)造地裂縫的兩盤在水平方向上和垂直方向上都有明顯的位移，位移量取決于地震震級。地震構(gòu)造地裂縫一般較少受巖性和地貌等條件的影響。在松散的沉積物分布區(qū)和基巖區(qū)，不同的地貌單元，地震構(gòu)造地裂縫都可能出現(xiàn)，僅表現(xiàn)出發(fā)育程度的差異。

地震構(gòu)造地裂縫產(chǎn)生的機制是：當震源斷層錯動時，由深部基巖向上輸入具有明顯方向性的P波初動或主要震相地震波，使地面上層產(chǎn)生大幅度振動。當質(zhì)點位移幅值超過了其彈性極限，或質(zhì)點上的地震力超過了土的抗剪強度時，便產(chǎn)生了永久塑性變形，是強震震中區(qū)地面激烈振動的結(jié)果。地震構(gòu)造地裂縫在產(chǎn)生過程中常伴有地表變形和地面破壞現(xiàn)象，但這些震害效應不是毀滅性的。不少強震實例表明，由于地震裂縫的出現(xiàn)，可能會吸收部分地面振動能量，減少振動歷時，因而在一定程度上減輕了震害［7-9］。

圖1　地震構(gòu)造地裂縫的形成過程

2.2地震重力地裂縫（地震非構(gòu)造地裂縫）

地震重力地裂縫是指在地震過程中，地震或地震波動力加速度所產(chǎn)生的作用力，使位于斜坡上部巖土體沿重力方向產(chǎn)生相對位移而形成的地裂縫。這種地裂縫多發(fā)生在斜坡地段或傾斜地層的邊緣，或其它存在重力作用條件的地區(qū)。斜坡上部巖體在地震作用下發(fā)生位移或變形，在坡面形成地裂縫，主要包括拉—剪破裂效應、界面動力效應、潛在的楔劈效應以及超空（孔）隙水壓力激發(fā)機制［7-9］。地震振動引起地下采空區(qū)或溶蝕區(qū)的地表塌陷、地震液化區(qū)的邊緣地段，在地震中產(chǎn)生的張性或張扭性地裂縫，如圖2所示。

圖2　地震重力地裂縫的形成過程

地震重力地裂縫，其表現(xiàn)為強烈的地震振動使傾斜地面或斜坡失穩(wěn)，造成變形滑動，在變形滑動區(qū)的邊緣產(chǎn)生張性的地震重力地裂縫。在巖溶地區(qū)或礦山采空區(qū)，地震振動使地表沉陷，其邊緣形成地震重力地裂縫。此外，在一些人工構(gòu)筑物，如土壩、公路路堤、堤圍、山區(qū)半挖半填地基和臺坎等處，強烈的地面震動使構(gòu)筑物出現(xiàn)裂縫，其走向與構(gòu)筑物的沿伸方向一致，與地震斷裂構(gòu)造的延伸方向關(guān)系并不明顯。如汶川地震中，岷江河谷中公路的外測出現(xiàn)有部分裂縫，其延伸方向隨公路走向而改變。

3　地震地裂縫的空間分布特征

汶川Ms8.0級地震的發(fā)震斷裂集中爆發(fā)于3條中央斷裂和前山斷裂帶上，即北川—映秀斷裂、彭州市—都江堰市斷裂和小魚洞斷裂。地震地裂縫的分布也與這3條主斷裂呈現(xiàn)密切相關(guān)的對應關(guān)系。野外現(xiàn)場調(diào)查與測量發(fā)現(xiàn)，汶川Ms8.0級地震地裂縫沿龍門山構(gòu)造帶的北川—映秀斷裂和彭州市—都江堰市斷裂發(fā)育，同時在小魚洞產(chǎn)生一條新的NW向次級破裂，具有沿斷裂帶呈典型的分段分布特征。

3.1北川—映秀地震地裂縫分段特征

北川—映秀斷裂位于中央斷裂帶的中部，晚更新世以來強烈活動，是汶川8.0級地震的主干發(fā)震斷裂之一。地震地裂縫南西起于汶川縣三江附近，向NE延伸經(jīng)映秀、虹口、龍門山鎮(zhèn)、東林寺、紅白鎮(zhèn)、清平、茶坪、擂鼓、北川、陳家壩、桂溪鳳凰村、平通等地，止于平武縣南壩鎮(zhèn)石坎子村，總體呈45°延伸，全長約220km，震中位于映秀和三江之間。斷裂以逆沖活動為主，兼有右行走滑，最大垂直位移為5.0m，最大水平位移為4.9m，均位于虹口深溪溝內(nèi)，北川所測得的6.5m垂直位移量可能疊加有滑坡體的滑動量。平均垂直位移約3.0m，水平位移約2.0m。三江地區(qū)位于破裂帶南端，主要表現(xiàn)為斷續(xù)分布走向60°～70°的裂縫。映秀段為連續(xù)破裂，造成河灘、河岸、階地斷錯，形成斷層陡坎、跌水、道路拱曲，走向60°～70°，以逆沖型變形為主，垂直位錯量從南西的1.0m增加到北東的1.5m，水平位錯不明顯。受地形的影響，地表破裂在平面上呈舒緩波狀彎曲。自后壩至擂鼓鎮(zhèn)一段地表破裂不連續(xù)，只有少數(shù)地點發(fā)現(xiàn)明顯的形跡。擂鼓鎮(zhèn)—北川曲山鎮(zhèn)一段破裂較發(fā)育，依山形展布，呈向SE-SEE凸出的弧形。

3.2彭州市—都江堰市地震地裂縫分段特征

彭州市—都江堰市斷裂亦稱彭灌斷裂，屬于前山斷裂帶的中段，位于北川—映秀斷裂東南約11km，兩者平行分布。構(gòu)造地貌研究發(fā)現(xiàn)，斷裂控制河流發(fā)育，并切割河流谷坡，形成斷層崖、斷層溝槽及埡口。在斷層溝槽中控制著晚第四紀地層的分布，說明晚更新世中、晚期以來有過活動，汶川Ms8.0級地震中亦發(fā)生同震地表破裂。地表破裂南西起于彭州磁豐附近，向北東延伸經(jīng)白鹿、三河場、漢旺至安縣馬口，總體呈NE走向，全長約82km。地震破裂較連續(xù)的出露點有磁豐、白鹿、九龍等地，沿河谷和階地發(fā)育，長約幾百至上千米，其它地點多為一些斷續(xù)出露的破裂或陡坎。彭州市—都江堰市斷裂地表破裂帶在南段較北段出露長度大，現(xiàn)象也明顯。垂直位移量最大可達3.6m，平均垂直位移量約1.5m，水平位移量較小。

3.3小魚洞地震地裂縫分段特征

小魚洞斷裂帶位于彭州市西北約13km，總體呈330°展布，東北盤下降，西南盤上升。東南起自通濟場，過小魚洞抵中壩結(jié)束，延伸約5.6km。地表破裂主要在河谷中連續(xù)發(fā)育，在山坡部位形成崩塌、滑坡或者地裂縫，并未見有先存的斷裂形跡。據(jù)此推測小魚洞地表破裂帶可能是一條新生的斷裂。中壩村出露的一支地表破裂帶與小魚洞村出露的破裂帶呈左階排列，兩者之間的階區(qū)形變不明顯。小魚洞斷裂形成的地震地裂縫大多以陡坎顯示，沒有出露于地表的斷層破裂面，因此數(shù)量相對較少。

4　地震地裂縫發(fā)育的主要控制因素

從上面的統(tǒng)計和分析可以看出，一般地震地裂縫的發(fā)育程度與地震震級、地震烈度、震源深度與斷層滑移程度和地形地貌有著密切聯(lián)系。

通常情況下，震級愈大，地裂縫分布范圍愈廣、愈多、愈長、愈寬、愈深。汶川地震后，沿龍門山斷裂帶，發(fā)育了大量地震地裂縫。如龍門山前山斷裂，從都江堰、北川、平武南壩、青川一線，發(fā)育了一條近100km的地震構(gòu)造地裂縫；但震級與地裂縫發(fā)育狀況的正相關(guān)關(guān)系有時也不盡相同。如1974年云南昭通Ms7.1級地震，野外調(diào)查未見到相應的地震地裂縫。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因比較復雜，既可能與地震構(gòu)造類型、斷層性質(zhì)有關(guān)，也可能與震源深度及其所處環(huán)境以及地表條件有關(guān)。

對同一次地震而言，地震地裂縫一般以極震區(qū)最密集、規(guī)模最大。在地震烈度大于Ⅹ度的地震區(qū)，地震地裂縫普遍發(fā)育；地震烈度大于Ⅵ度的地震區(qū)，在地震斷裂帶附近也會出現(xiàn)地震地裂縫；而在小于Ⅵ度的地震區(qū)，地裂縫一般不會出現(xiàn)。因此，也可以說地裂縫是地震高烈度區(qū)所伴生一種地表現(xiàn)象。汶川地震中，在龍門山中央斷裂、前山斷裂發(fā)育的地區(qū)，由于地震烈度大，基本都大于Ⅹ度，地裂縫十分發(fā)育。

一般而言，地震烈度越大、震源深度越淺、斷層滑移程度越大、地裂縫的寬度和錯距越大。汶川地震中，由于震源深度較淺，斷層滑移明顯。因此，地震地裂縫的分布寬度與錯距都較大，表現(xiàn)為沿龍門山中央斷裂、前山斷裂都發(fā)育了眾多的地裂縫，延伸長度也大。

5　地震地裂縫的工程治理方法

由于地震裂縫的危害性，當我們在巖土工程的勘察與施工中發(fā)現(xiàn)時，都應該認真對待，提出合理的處理方案。根據(jù)本文的分析，在查明工程場地及附近地裂縫的分布情況后，應首先判斷屬于哪一類裂縫。一般構(gòu)造地裂縫延伸較大，尚處于活動之中，因此各類建筑應采取避讓措施；對于重力地裂縫，應當查明場地周邊的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)情況，斷絕水源后采取相應措施。

具體工程措施為：若擬建場地范圍較小，地裂縫深度較小時，可以采取清除的措施；若擬建場地較大，地裂縫深度也較大時，例如基坑下仍有厚度在1.5m以上的軟土，可采用灰砂樁、振砂樁等做地基處理，或采用樁基；在水利大壩上形成的地裂縫，可以采用充填灌漿的方法進行處理；而在斜坡上形成的地裂縫，有可能發(fā)育成滑坡時，則需要進行打錨桿、錨索等邊坡治理。

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P642

A

1004-5716（2016）10-0015-03

2016-04-28

2016-04-29

聊城大學大學生科技文化創(chuàng)新（SF2014123）。

王浩男（1994-），男（漢族），山東德州人，聊城大學建筑工程學院本科生，土木工程專業(yè)。