（中鐵西北科學(xué)研究院有限公司，甘肅 蘭州 730000）

0 引言

地裂縫是地質(zhì)災(zāi)害之一。工程上主要研究的是因各種原因在地表面產(chǎn)生一定規(guī)律的裂縫，其具有一定長(zhǎng)度、寬度和深度，具有一定力學(xué)性質(zhì)和規(guī)律的幾何形體特征，活動(dòng)性的還具有一定的位移變形，對(duì)工程建筑有破壞作用，統(tǒng)稱為地裂縫。

根據(jù)相關(guān)資料顯示[1]，全國(guó)有12個(gè)省、市、區(qū)的200多個(gè)縣市有4處及以上較大的地裂縫。最嚴(yán)重、最典型的是西安市，在市、郊區(qū)150km2范圍內(nèi)，形成近平行、等距出現(xiàn)的北東東地裂縫10條，建筑物遭受不同程度的破壞。

地裂縫按成因和對(duì)工程建筑的危害程度可分為四類：1）地震構(gòu)造裂縫，是強(qiáng)烈地震時(shí)深部震源斷裂在地表的破壞形跡；2）構(gòu)造地裂縫，是活動(dòng)斷裂在地表或隱伏在地表下一定深度的活動(dòng)形跡；3）環(huán)境地裂縫，成因是綜合性的或復(fù)活型的，具有構(gòu)造地裂縫所有特征；4）重力地裂縫，是由于重力作用在地表產(chǎn)生的破壞形跡。

國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)地裂縫的形成機(jī)制[2-5]和勘察方法[6-9]也做了較多研究。規(guī)模較大的地震裂縫和構(gòu)造裂縫規(guī)模形跡已較為明顯，在工程建設(shè)時(shí)能很好地避讓。而規(guī)模較小的重力地裂縫，由于近年的大規(guī)模推山造地，很多小規(guī)模地裂縫被遮蓋，在建設(shè)工程選址時(shí)往往被忽略，直至場(chǎng)地開挖后才被顯現(xiàn)出來(lái)，裂縫的成因和具體規(guī)模難以判斷，造成最終的處理措施難以選擇。針對(duì)以上問題，結(jié)合鄂爾多斯境內(nèi)某新建小學(xué)工程出現(xiàn)的地裂縫進(jìn)行較為深入的勘察、分析和研究。

1 現(xiàn)場(chǎng)概況

1.1 項(xiàng)目區(qū)地形地貌概況

某新建小學(xué)項(xiàng)目位于鄂爾多斯高原準(zhǔn)格爾臺(tái)地，黃土高原北緣，屬構(gòu)造剝蝕丘陵地貌。場(chǎng)地東西兩側(cè)大部為丘陵斜坡地形，地形切割強(qiáng)烈，支離破碎，俗稱“雞爪溝”；中部為丘陵間侵蝕沖溝地形，主溝走向呈近南北向，基本橫貫場(chǎng)地中部。該建設(shè)場(chǎng)地范圍內(nèi)存在三條次級(jí)支溝，與主溝平面組合呈樹枝狀。主溝斷面呈“U”型，次級(jí)支溝斷面多呈“V”型。主溝底河床地勢(shì)較低，河床平均寬約10m，河床比降1.7%～2.6%，溝底與坡頂相對(duì)高差29.9～36.4m；溝坡一般陡傾，局部近乎陡立，部分溝底及溝岸基巖裸露。裸露基巖為粉砂質(zhì)泥巖與細(xì)砂巖互層：棕紅色、淺灰色、灰綠色，厚層狀長(zhǎng)石石英砂巖為主，夾粘土巖、泥巖及煤層等，稍濕，主要礦物成分為長(zhǎng)石、石英及高嶺土，易水浸軟化及風(fēng)化崩解，屬極軟巖，其上覆蓋有0.5～5.7m厚黃土。

自2011年開始，相關(guān)單位陸續(xù)對(duì)原溝谷進(jìn)行素土回填，根據(jù)原場(chǎng)地勘察報(bào)告，場(chǎng)地最大填方厚度36m（主溝溝心位置）。場(chǎng)地原有的溝谷形態(tài)已遭破壞，但場(chǎng)地北側(cè)仍保留原地形地貌（圖1）。

圖1 場(chǎng)地北側(cè)原始地貌

1.2 地裂縫的分布及特征

場(chǎng)地南教學(xué)樓基槽開挖至基底時(shí)，發(fā)現(xiàn)基底處分布有寬窄不一的裂縫，多在0～10cm，最寬處18cm，裂縫結(jié)構(gòu)面傾向290°，傾角57°～76°，與場(chǎng)地回填前主溝溝道走向平行，距原主溝溝心約30～40m，裂縫間基本呈平行組合（見圖2），局部呈幾字形塊狀構(gòu)造。裂縫間一般無(wú)填充物，無(wú)滑動(dòng)痕跡（由于砂質(zhì)含量高，且膠結(jié)差，存在未發(fā)現(xiàn)的可能性）。裂縫至基底以上2～3m，向上延伸至泥巖軟弱層為止，以上不發(fā)育，與地面無(wú)貫通，呈封閉狀。裂縫內(nèi)無(wú)地下水發(fā)育。

圖2 場(chǎng)地裂縫展布

1.3 場(chǎng)地裂縫的形成原因分析

根據(jù)裂縫特征、地形地貌、地層巖性綜合分析，初步判斷裂縫成因。

1）由于裂縫產(chǎn)生位置距原主溝溝心平距約30～40m，且現(xiàn)基槽平面與原主溝溝心高差約15m，卸荷裂隙的可能性排除。

2）由于構(gòu)造活動(dòng)產(chǎn)生的裂縫多有一定的充填，且裂縫平直、穿層深、延伸長(zhǎng)，同一層面上的區(qū)域裂縫一般同時(shí)發(fā)育兩組，與本場(chǎng)地裂縫特征不符，故排除構(gòu)造活動(dòng)產(chǎn)生裂縫的可能性。

3）根據(jù)查閱的場(chǎng)地附近采礦資料，場(chǎng)區(qū)附近無(wú)大型采礦活動(dòng)，故采空區(qū)產(chǎn)生裂縫帶的可能性初步排除。

4）場(chǎng)地所處地層為砂泥巖互層，具有緩傾的泥巖軟弱帶，且原主溝提供了產(chǎn)生滑坡的臨空面，結(jié)合地表巖層產(chǎn)狀調(diào)繪、沖溝分布特征、原場(chǎng)地鉆孔中地層突變情況、軟弱層位置和原始地形圖及衛(wèi)星歷史影像圖等，初步判定場(chǎng)地裂縫為老滑坡形成時(shí)牽引張拉產(chǎn)生。

為進(jìn)一步確定場(chǎng)地裂縫的成因，針對(duì)采空區(qū)和滑坡制定了可控源音頻大地電磁測(cè)深（CSAMT）和滑坡鉆探孔為主的勘察方案。

2 采空區(qū)勘察方案及結(jié)論分析

項(xiàng)目區(qū)煤炭資源豐富，為查明項(xiàng)目區(qū)地裂縫是否為采空區(qū)引起，采用CSAMT進(jìn)行采空區(qū)勘察工作。

2.1 布測(cè)方案

測(cè)區(qū)共布設(shè)8條CSAMT剖面，從上至下依次為a-h剖面（圖3），采用同一個(gè)發(fā)射偶極AB=900m，方位90°，各剖面收發(fā)距均大于4500m。剔除近區(qū)及過(guò)渡區(qū)數(shù)據(jù)，利用遠(yuǎn)區(qū)數(shù)據(jù)做2D反演。

圖3 大地電磁法剖面布置示意圖（紅色為斷面線）

2.2 成果翻譯及分析

圖4為測(cè)量綜合示意圖，整體來(lái)看，各電阻率斷面均呈現(xiàn)4個(gè)電性層。第一電性層為地表至海拔1160m以上，電阻率基本在20-40Ω·M之間，厚度約20-30m，推斷其為近地表覆蓋層引起，該層上部為回填土層，下部為第四系地層。第二電性層大體在海拔1130-1160m范圍內(nèi)，電阻率多小于20Ω·M，局部夾雜次高阻，厚度約30m，推斷該電性層為二疊系下統(tǒng)山西組地層引起，主要巖性為砂質(zhì)泥巖、泥巖，局部間夾中、粗砂巖、礫石。第三電性層為一相對(duì)高阻電性層，大體在海拔1030-1130m之間，厚度約100m，電阻率變化范圍40-160Ω·M，推斷為石炭系下統(tǒng)山西組地層，主要巖性由砂巖、砂質(zhì)泥巖、粘土巖、煤、灰?guī)r及鋁土質(zhì)泥巖組成，該層底部泥巖隔水性較好。；第四電性層為深部高阻電性層，推斷為奧陶系、寒武系以及更老的地層引起。

對(duì)出現(xiàn)異常點(diǎn)斷面說(shuō)明如下：從h線反演電阻率斷面圖可以看出，在海拔1000m以下出現(xiàn)一陡傾的低阻帶，其兩側(cè)均為高電阻率，故推測(cè)此處有一隱伏斷裂，但該斷裂在其他剖面上均未顯示，推測(cè)該斷裂方向與剖面方向（東西向）小角度相交。

根據(jù)收集到的巖石電性資料可知，不同巖層具有不同的電性特征。黃土、泥巖的電阻率值較低；砂巖的電阻率值與其粒度呈正相關(guān)，粒度越大，電阻率值越高；采空區(qū)電阻率值遠(yuǎn)高于煤層和其他巖層，若采空區(qū)塌陷，形成冒落帶，其內(nèi)部充填松散物，電阻率值依然明顯高于周圍介質(zhì)，采空區(qū)積水以后，其電阻率大幅度降低，則明顯低于周圍介質(zhì)。從各反演電阻率斷面可以看出電阻率等值線規(guī)則，本次CSAMT勘察結(jié)果表明，地表至750m范圍內(nèi)無(wú)明顯采空區(qū)電性特征，故該場(chǎng)地地裂縫排除由采空區(qū)引起的可能性。

圖4 CSAMT測(cè)量綜合示意圖（從右至左依次為a～h）

3 滑坡勘察方案及結(jié)論分析

通過(guò)地形地貌宏觀分析（原始地形圖及衛(wèi)星歷史影像圖），結(jié)合地表巖層產(chǎn)狀調(diào)繪、沖溝分布特征等綜合確定該場(chǎng)地地裂縫可能由早期老滑坡形成時(shí)牽引張拉產(chǎn)生。

3.1 滑坡宏觀形態(tài)

根據(jù)原始地形圖及衛(wèi)星歷史影像圖初步分析，老滑坡具有明顯的滑坡地形地貌特征，整體呈三級(jí)臺(tái)階狀及緩坡臺(tái)地，滑坡后緣圈椅狀明顯，兩側(cè)界總體受坡面地勢(shì)低洼的沖溝控制，滑坡前緣坡體擠壓主溝（見圖5）。老滑坡平面形態(tài)基本呈“M”型，主滑動(dòng)方向290°。后緣陡壁約35°～60°?；潞缶壠麦w及后緣緩坡平臺(tái)匯水面積較大，地表水沖蝕下切及入滲強(qiáng)烈。老滑坡橫寬90～130m，縱向長(zhǎng)66～95m。

圖5 老滑坡形態(tài)衛(wèi)星影像圖（場(chǎng)地回填前）

3.2 鉆探孔布設(shè)及地裂縫類型判斷

為進(jìn)一步查明地裂縫是否為老滑坡滑動(dòng)牽引形成，對(duì)老滑坡體布設(shè)3條斷面共10個(gè)鉆探孔。通過(guò)鉆探發(fā)現(xiàn)，巖芯中巖石層面傾角變化規(guī)律性明顯，滑動(dòng)面位置較清楚，可見多處擦痕及光滑鏡面結(jié)構(gòu)面，擦痕及光滑鏡面結(jié)構(gòu)面傾角較大，約30°～50°，各鉆孔擦痕深度在16.3～23.1m之間。

鉆探資料顯示，老滑坡滑帶擦痕明顯，且坡體已發(fā)現(xiàn)部分牽引張拉裂縫，加之原始地貌及地層巖性具有產(chǎn)生滑坡的條件，結(jié)合地表巖層產(chǎn)狀調(diào)繪、沖溝分布特征、鉆孔中地層突變情況、軟弱層位置和原始地形圖及衛(wèi)星歷史影像圖等得出該場(chǎng)地裂縫是由老滑坡引起的判斷依據(jù)充分。

3.3 老滑坡結(jié)構(gòu)特征

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及鉆孔揭示地層情況，老滑坡滑體物質(zhì)組成以黃土、強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖、細(xì)砂巖、泥巖礫巖夾層為主，滑床以中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖、細(xì)砂巖為主，局部為強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖、細(xì)砂巖。由于滑坡發(fā)生過(guò)滑動(dòng)，滑體地層存在錯(cuò)動(dòng)現(xiàn)象。原始地貌下老滑坡滑體平均厚16m，自上而下分別為黃土、強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖、細(xì)砂巖、泥巖礫巖夾層。場(chǎng)地回填后，滑體上部及前緣增加填土層，層厚0～25.9m。

老滑坡滑面位置依據(jù)鉆孔巖芯、工程地質(zhì)調(diào)繪結(jié)合工程地質(zhì)斷面分析綜合確定。老滑坡滑帶（面）后緣位于三級(jí)緩坡平臺(tái)與山坡陡緩交界處，滑帶處巖芯極破碎，大量細(xì)粒土充填，且滑帶位于水位線以下，含水量高。

3.4 老滑坡穩(wěn)定性分析

3.4.1 裂縫監(jiān)測(cè)

自地表發(fā)現(xiàn)多條裂縫開始，對(duì)地表裂縫寬度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，共布設(shè)6個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，采用游標(biāo)卡尺，統(tǒng)計(jì)裂縫寬0～18cm，無(wú)垂直錯(cuò)動(dòng)及水平變形，裂縫寬度無(wú)明顯變化（個(gè)別數(shù)據(jù)觀測(cè)值變小是由于施工機(jī)械經(jīng)過(guò)使觀測(cè)點(diǎn)產(chǎn)生波動(dòng)），從地表裂縫監(jiān)測(cè)整體情況綜合判斷老滑坡處于穩(wěn)定狀態(tài)（見圖6）。

圖6 老滑坡地表裂縫監(jiān)測(cè)曲線

3.4.2 滑坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

根據(jù)《滑坡防治工程勘察規(guī)范》（DZ/T0218-2006），采用基于極限平衡理論的折線型滑動(dòng)面推力傳遞系數(shù)法對(duì)滑坡進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算分析。本次對(duì)每塊滑體或潛在滑體取代表性斷面進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算分析。

按擬建筑場(chǎng)地地面線，對(duì)場(chǎng)地建設(shè)完成后老滑坡坡體形態(tài)進(jìn)行簡(jiǎn)化計(jì)算。從考慮滑體上部回填土的加載作用、但不考慮老滑坡前緣已回填土體作用時(shí)的計(jì)算結(jié)果（表1）看出，自然、暴雨及地震工況下，老滑坡處于不穩(wěn)定～基本穩(wěn)定狀態(tài)。

因滑帶土主要由含粉質(zhì)黏土的碎石土組成，其強(qiáng)度指標(biāo)φ值受土體滑動(dòng)及含水狀況影響較小，C值受滑動(dòng)及含水狀況不同影響較大，滑帶土參數(shù)根據(jù)坡體實(shí)際滑動(dòng)情況及含水狀況不同進(jìn)行綜合取值。暴雨工況下，按重度增大1.0kN/m3、粘聚力降低1.0kPa和內(nèi)摩擦角減小1°進(jìn)行計(jì)算。

表1 老滑坡穩(wěn)定性分析計(jì)算表

但考慮到老滑坡前緣溝道已回填，經(jīng)計(jì)算，回填土提供的主動(dòng)土壓力大于等于老滑坡自然工況下達(dá)到安全系數(shù)1.35時(shí)的所需設(shè)計(jì)推力（表2）。

表2 回填后滑坡穩(wěn)定性分析計(jì)算表

其中，主動(dòng)土壓力按朗肯主動(dòng)土壓力計(jì)算，填土重度按13.5kN/m3，考慮填土中含大量巖石碎塊，按無(wú)粘性土考慮，φ=20°。

綜上所述，根據(jù)GB50330-2013要求，考慮回填土體反壓作用后，其坡體穩(wěn)定系數(shù)滿足規(guī)范對(duì)永久一級(jí)邊坡的穩(wěn)定性要求（一般工況下Fst為1.35，地震工況下Fst為1.15），故不需對(duì)老滑坡坡體進(jìn)行專項(xiàng)加固治理。

4 結(jié)論

1）該場(chǎng)地裂縫通過(guò)地質(zhì)調(diào)查、場(chǎng)地原始地形圖、衛(wèi)星歷史影像圖、大地電磁測(cè)深法和場(chǎng)地鉆孔最終確定為重力式地裂縫，由場(chǎng)地回填前沖溝左岸的老滑坡前期滑動(dòng)形成。

2）對(duì)地裂縫進(jìn)行監(jiān)測(cè)、計(jì)算和分析得出，該老滑坡現(xiàn)處于穩(wěn)定狀態(tài)，對(duì)工程建設(shè)不造成影響，不需進(jìn)行專項(xiàng)加固。

3）地裂縫為影響場(chǎng)地建設(shè)的地質(zhì)災(zāi)害之一，在進(jìn)行場(chǎng)地前期勘察時(shí)應(yīng)務(wù)必重視。在進(jìn)行高填方回填場(chǎng)地地裂縫勘察時(shí)，可以先根據(jù)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查、場(chǎng)地原始地形圖和歷史衛(wèi)星影像圖等手段進(jìn)行初步的判斷，再對(duì)地裂縫采用針對(duì)性的電磁法和鉆孔等方式的勘察，從而減少勘察資源浪費(fèi)。