汶川地震地裂缝发育特征及治理方法研究

王浩男，倪振强

（聊城大学建筑工程学院，山东聊城252000）

汶川地震地裂缝发育特征及治理方法研究

王浩男*，倪振强

（聊城大学建筑工程学院，山东聊城252000）

地裂缝是地震荷载下在地面造成的地面开裂或断裂现象，根据其特征与成因可以分为地震构造地裂缝和地震重力地裂缝2类。通过对这些地裂缝集中区域的研究，总结出一般地震地裂缝的发育程度与地震震级、地震烈度、震源深度与断层滑移程度和地形地貌等有着密切联系。由于地震裂缝的危害性，当我们在岩土工程的勘察与施工中发现时，都应该予以重视，并提出合理的处理方案。

汶川地震；地裂缝；发育特征；治理方法

1　概述

地震地裂缝指地震在地面上所造成的没有明显位移的裂隙，是地表岩土体在地震荷载的强烈作用下，或由于地表地震应力释放，导致地表或岩层中形成开裂或断裂的现象。地震裂缝在6级以上强震中是一种常见的破坏现象，大都发生在现代松散沉积物中，有时密集成具有一定方向的裂隙带。这些裂隙带的产生有的明显受地形控制，有的与构造活动有关。

当这种现象发生在斜坡地带时，就可能发展成为滑坡、崩塌等山地灾害［1-3］。

2008年在我国四川省汶川县发生了Ms8.0大地震，强烈的地震诱发了大量崩塌、滑坡、地裂缝等次生山地灾害。其中地震地裂缝是破坏最为严重的次生山地灾害之一，也是威胁灾区重建的重要因素。目前，国内外学者对地震地裂缝的研究相对较少，研究集中在单个具体灾害项目上。本文在前人研究基础上，以汶川地震地裂缝的成因机理和发育特征为基础，对地震地裂缝进行了详细研究，并提出了相应的工程治理对策。这对提高地震地裂缝的认识水平，对提高山地灾害科学的发展和指导地震地裂缝灾害的防治具有重要意义［4-6］。

2　地震地裂缝的分类及其特征与成因

地震释放出来的能量通常以地震波的形式传播出来，造成地动山摇、山崩地裂、房屋倒塌、岩土体或地层遭受破裂。地震地裂缝是地震断裂活动在地表的一种反映，根据地震地裂缝的形成机理，可分为地震构造地裂缝和地震重力地裂缝（地震非构造地裂缝）2类。

2.1地震构造地裂缝

地震构造地裂缝主要指地震断裂构造在地震活动中在地表所产生的裂缝，它是震源深处断层活动在地表的最直接、最具体的反映。地震构造地裂缝产生的位置与地震断裂带基本重合或在断裂附近。在一般情况下，只有破坏性的大地震，或烈度大于Ⅵ度以上的地震，才会在地表出现地震构造地裂缝，见图1。

地震构造地裂缝一般具有规模较大、延伸较远、受发震构造的控制等特点，具有明显的方向性。地震构造地裂缝的两盘在水平方向上和垂直方向上都有明显的位移，位移量取决于地震震级。地震构造地裂缝一般较少受岩性和地貌等条件的影响。在松散的沉积物分布区和基岩区，不同的地貌单元，地震构造地裂缝都可能出现，仅表现出发育程度的差异。

地震构造地裂缝产生的机制是：当震源断层错动时，由深部基岩向上输入具有明显方向性的P波初动或主要震相地震波，使地面上层产生大幅度振动。当质点位移幅值超过了其弹性极限，或质点上的地震力超过了土的抗剪强度时，便产生了永久塑性变形，是强震震中区地面激烈振动的结果。地震构造地裂缝在产生过程中常伴有地表变形和地面破坏现象，但这些震害效应不是毁灭性的。不少强震实例表明，由于地震裂缝的出现，可能会吸收部分地面振动能量，减少振动历时，因而在一定程度上减轻了震害［7-9］。

图1　地震构造地裂缝的形成过程

2.2地震重力地裂缝（地震非构造地裂缝）

地震重力地裂缝是指在地震过程中，地震或地震波动力加速度所产生的作用力，使位于斜坡上部岩土体沿重力方向产生相对位移而形成的地裂缝。这种地裂缝多发生在斜坡地段或倾斜地层的边缘，或其它存在重力作用条件的地区。斜坡上部岩体在地震作用下发生位移或变形，在坡面形成地裂缝，主要包括拉—剪破裂效应、界面动力效应、潜在的楔劈效应以及超空（孔）隙水压力激发机制［7-9］。地震振动引起地下采空区或溶蚀区的地表塌陷、地震液化区的边缘地段，在地震中产生的张性或张扭性地裂缝，如图2所示。

图2　地震重力地裂缝的形成过程

地震重力地裂缝，其表现为强烈的地震振动使倾斜地面或斜坡失稳，造成变形滑动，在变形滑动区的边缘产生张性的地震重力地裂缝。在岩溶地区或矿山采空区，地震振动使地表沉陷，其边缘形成地震重力地裂缝。此外，在一些人工构筑物，如土坝、公路路堤、堤围、山区半挖半填地基和台坎等处，强烈的地面震动使构筑物出现裂缝，其走向与构筑物的沿伸方向一致，与地震断裂构造的延伸方向关系并不明显。如汶川地震中，岷江河谷中公路的外测出现有部分裂缝，其延伸方向随公路走向而改变。

3　地震地裂缝的空间分布特征

汶川Ms8.0级地震的发震断裂集中爆发于3条中央断裂和前山断裂带上，即北川—映秀断裂、彭州市—都江堰市断裂和小鱼洞断裂。地震地裂缝的分布也与这3条主断裂呈现密切相关的对应关系。野外现场调查与测量发现，汶川Ms8.0级地震地裂缝沿龙门山构造带的北川—映秀断裂和彭州市—都江堰市断裂发育，同时在小鱼洞产生一条新的NW向次级破裂，具有沿断裂带呈典型的分段分布特征。

3.1北川—映秀地震地裂缝分段特征

北川—映秀断裂位于中央断裂带的中部，晚更新世以来强烈活动，是汶川8.0级地震的主干发震断裂之一。地震地裂缝南西起于汶川县三江附近，向NE延伸经映秀、虹口、龙门山镇、东林寺、红白镇、清平、茶坪、擂鼓、北川、陈家坝、桂溪凤凰村、平通等地，止于平武县南坝镇石坎子村，总体呈45°延伸，全长约220km，震中位于映秀和三江之间。断裂以逆冲活动为主，兼有右行走滑，最大垂直位移为5.0m，最大水平位移为4.9m，均位于虹口深溪沟内，北川所测得的6.5m垂直位移量可能叠加有滑坡体的滑动量。平均垂直位移约3.0m，水平位移约2.0m。三江地区位于破裂带南端，主要表现为断续分布走向60°～70°的裂缝。映秀段为连续破裂，造成河滩、河岸、阶地断错，形成断层陡坎、跌水、道路拱曲，走向60°～70°，以逆冲型变形为主，垂直位错量从南西的1.0m增加到北东的1.5m，水平位错不明显。受地形的影响，地表破裂在平面上呈舒缓波状弯曲。自后坝至擂鼓镇一段地表破裂不连续，只有少数地点发现明显的形迹。擂鼓镇—北川曲山镇一段破裂较发育，依山形展布，呈向SE-SEE凸出的弧形。

3.2彭州市—都江堰市地震地裂缝分段特征

彭州市—都江堰市断裂亦称彭灌断裂，属于前山断裂带的中段，位于北川—映秀断裂东南约11km，两者平行分布。构造地貌研究发现，断裂控制河流发育，并切割河流谷坡，形成断层崖、断层沟槽及垭口。在断层沟槽中控制着晚第四纪地层的分布，说明晚更新世中、晚期以来有过活动，汶川Ms8.0级地震中亦发生同震地表破裂。地表破裂南西起于彭州磁丰附近，向北东延伸经白鹿、三河场、汉旺至安县马口，总体呈NE走向，全长约82km。地震破裂较连续的出露点有磁丰、白鹿、九龙等地，沿河谷和阶地发育，长约几百至上千米，其它地点多为一些断续出露的破裂或陡坎。彭州市—都江堰市断裂地表破裂带在南段较北段出露长度大，现象也明显。垂直位移量最大可达3.6m，平均垂直位移量约1.5m，水平位移量较小。

3.3小鱼洞地震地裂缝分段特征

小鱼洞断裂带位于彭州市西北约13km，总体呈330°展布，东北盘下降，西南盘上升。东南起自通济场，过小鱼洞抵中坝结束，延伸约5.6km。地表破裂主要在河谷中连续发育，在山坡部位形成崩塌、滑坡或者地裂缝，并未见有先存的断裂形迹。据此推测小鱼洞地表破裂带可能是一条新生的断裂。中坝村出露的一支地表破裂带与小鱼洞村出露的破裂带呈左阶排列，两者之间的阶区形变不明显。小鱼洞断裂形成的地震地裂缝大多以陡坎显示，没有出露于地表的断层破裂面，因此数量相对较少。

4　地震地裂缝发育的主要控制因素

从上面的统计和分析可以看出，一般地震地裂缝的发育程度与地震震级、地震烈度、震源深度与断层滑移程度和地形地貌有着密切联系。

通常情况下，震级愈大，地裂缝分布范围愈广、愈多、愈长、愈宽、愈深。汶川地震后，沿龙门山断裂带，发育了大量地震地裂缝。如龙门山前山断裂，从都江堰、北川、平武南坝、青川一线，发育了一条近100km的地震构造地裂缝；但震级与地裂缝发育状况的正相关关系有时也不尽相同。如1974年云南昭通Ms7.1级地震，野外调查未见到相应的地震地裂缝。产生这种现象的原因比较复杂，既可能与地震构造类型、断层性质有关，也可能与震源深度及其所处环境以及地表条件有关。

对同一次地震而言，地震地裂缝一般以极震区最密集、规模最大。在地震烈度大于Ⅹ度的地震区，地震地裂缝普遍发育；地震烈度大于Ⅵ度的地震区，在地震断裂带附近也会出现地震地裂缝；而在小于Ⅵ度的地震区，地裂缝一般不会出现。因此，也可以说地裂缝是地震高烈度区所伴生一种地表现象。汶川地震中，在龙门山中央断裂、前山断裂发育的地区，由于地震烈度大，基本都大于Ⅹ度，地裂缝十分发育。

一般而言，地震烈度越大、震源深度越浅、断层滑移程度越大、地裂缝的宽度和错距越大。汶川地震中，由于震源深度较浅，断层滑移明显。因此，地震地裂缝的分布宽度与错距都较大，表现为沿龙门山中央断裂、前山断裂都发育了众多的地裂缝，延伸长度也大。

5　地震地裂缝的工程治理方法

由于地震裂缝的危害性，当我们在岩土工程的勘察与施工中发现时，都应该认真对待，提出合理的处理方案。根据本文的分析，在查明工程场地及附近地裂缝的分布情况后，应首先判断属于哪一类裂缝。一般构造地裂缝延伸较大，尚处于活动之中，因此各类建筑应采取避让措施；对于重力地裂缝，应当查明场地周边的工程地质和水文地质情况，断绝水源后采取相应措施。

具体工程措施为：若拟建场地范围较小，地裂缝深度较小时，可以采取清除的措施；若拟建场地较大，地裂缝深度也较大时，例如基坑下仍有厚度在1.5m以上的软土，可采用灰砂桩、振砂桩等做地基处理，或采用桩基；在水利大坝上形成的地裂缝，可以采用充填灌浆的方法进行处理；而在斜坡上形成的地裂缝，有可能发育成滑坡时，则需要进行打锚杆、锚索等边坡治理。

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P642

A

1004-5716（2016）10-0015-03

2016-04-28

2016-04-29

聊城大学大学生科技文化创新（SF2014123）。

王浩男（1994-），男（汉族），山东德州人，聊城大学建筑工程学院本科生，土木工程专业。