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計研究院,天津　300250)

1　概述

地裂縫是在內外動力作用下巖土層發生變形,當力的作用與積累超過巖土層內部的結合力時,巖土層發生破裂,其連續性遭到破壞,形成裂隙,并出露于地表的一種地質現象。

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

當這種地質現象在空間上形成一定規模和強度時,便會對經濟建設和人類本身的存在形成威脅,發展為地質災害。平原地裂縫,以河北平原的邯鄲市地裂縫發現最早,規模最大,危害最重。地裂縫給城鄉工程建設,工農業生產和人民生活帶來巨大危害,它可穿越工業區、居民區,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濟損失就數以億計[1]。該地質災害的破壞力是持續和長久的，因此對地裂縫災害治理、地裂縫工程地質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律

2.1　地裂縫的特征

河北平原現查明的地裂縫都分布在太行山與燕山山前傾斜平原亞區和中部低平原亞區，發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。規模大小不一，單長不一。數據統計顯示，地裂縫在空間分布、產狀形態和位移動向上有一定的規律,概括如下：

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

(2)成帶性。地裂縫橫向多由一條主干縫和數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造控制。

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

(5)與小地震活動的相關性。一些規模較大的地裂縫多在其20 km范圍內的3級—5級地震發生后的0-7個月后出現。

2.2　地裂縫的分布規律

河北平原地裂縫自20世紀60年代發現出現的16條，到90年代共發現367條。隨著時間的推移，地裂縫的發生頻率逐漸加強，其分布范圍呈逐漸擴大的趨勢，分布趨勢逐漸由南向北擴展[3]。

3　地裂縫的形成機制和防治措施

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動力地質作用如構造運動、地震活動等引起的，包括構造性地裂縫和非構造性地裂縫。

構造性地裂縫是由地震作用產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生的，這種方向性取決于下部基巖中發震斷裂，故這種地裂縫的力學特征與震源機制相應，構造性地裂縫的生成機制與發震斷裂機制一致。

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

地震型地裂縫是分布面積最廣、規模最大、危害最大的一種地裂縫。基于人類目前的技術水平是無法根治的，有效的措施就是避讓。擬建工程應避開地震高烈度區，無法避讓時，不能橫跨地裂區域，在工程區要采用柔性網狀基礎或整體基礎，避免不均勻沉降的發生。當建筑物不是橫跨地裂區域，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。故在建筑物基礎底部及周圍影響范圍內墊以適當厚度的柔性墊層，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,土體發生陷落和開裂產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，地質生態環境嚴重破壞，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，應嚴格控制淺層地下水的開采，使地下水位穩定，徹底改善平原地質生態環境。對于河道兩岸與古洼地邊緣，多次發生潛蝕型地裂縫的區域，擬建重要工程應避開和遠離該區域。

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系。當膨脹土被飽和時，不會出現該種類型的地裂縫；當膨脹土失水干燥后，則產生明顯的地面變形，可使地坪隆起、墻體開裂，在水庫的浸沒區域形成地裂縫帶，其展布方向不規則。

對脹縮型地裂縫的防治，首先要準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，短時間內土體的強度迅速降低，工程性能變差，產生沉陷，造成厚層和巨厚層黃土地層產生裂縫。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　地裂縫的現狀及發展趨勢

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，地裂縫的數量不斷增加，地裂縫的規模不斷擴大，其在時間和空間上都呈不斷上揚的趨勢，且地裂縫的發生發展具有間斷周期性，這與現代工業建設日益增強和地質環境的不斷惡化有很大關系。

5　結語

河北平原地裂縫隨著時間的推移，呈現遞增的趨勢；在區域空間上，呈現不斷擴展性。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果。在地裂縫的認識上，總體遵循構造運動主導，地形地貌、土體巖性、降水作用為條件產生。當今工程建設高速發展，對地裂縫的研究和分析，具有重要的現實意義。

參考文獻:

[1]王景明.河北平原地裂縫及其危害[J].水土保持學報,1990(4).

[2]王景明.河北省地裂縫災害與成因分析[J].中國地質災害與防治學報,1994(S1).

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

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