用一般地震知识解释地面房屋破坏机制

陈 波

（贵州省地矿局区域地质调查研究院，贵州 贵阳 550005）

在地质灾害调查过程中，经常遇到由于采矿活动形成采空区，导致地面开裂、地面塌陷等，地面房屋建筑遭受不同程度的破坏，严重时发生房屋倒塌等安全事故，毋庸置疑房屋破坏很明显是受采矿活动直接影响，也得到矿山开采方认可和相应赔偿。还有一种情形是：地面未发生开裂、地面塌陷，井下又没有形成采空区，只有主巷道通过，且离地面垂距大（200～400m），巷道没有直接从房屋之下通过的情形下，地面房屋却出现了不同程度的破坏（图1）这种情况，矿方是不会给与赔偿的；请相关专业人员鉴定，得出结论：房屋破坏与采矿活动无关。

图1 开采主井与破坏房屋相对位置（剖面图）

这样人们就会提出一个问题：房屋出现开裂与采矿活动究竟有没有关关系？笔者引入地震学的一般知识来分析、解答。通俗的讲，地震就是地壳的振动，分为人工地震和自然地震，其区别是震源来源不同、深度不同、波长不同、传播频率不同、传播速度不同、地震强度不同，其余均相同。

有地震，就会产生地震波，地震波主要分为体波［纵波（P）、横波（S波）］和面波两种，面波是由体波相互干涉在地表衍生的次生波，能量大、破坏性较大。面波既可以引起地表上下的起伏，也可以是地表做横向的剪切，其中剪切运动对建筑物的破坏最为强烈。

在调查中发现，有些房屋受损是墙体开裂，有的却是屋顶与墙体之间开裂，而墙体、屋顶完好，这些受损发生在井下多次爆破之后，是多次破坏累加后的结果。

首先，仅仅墙体开裂的情形，往往是房屋基础为普通浆砌毛石基础，且基础不十分结实，当井下发生爆炸后，产生的地震体波能量衰减大，对房屋破坏小，面波在地面传播并直接作用于房屋基础上，如果是上下振动波，由于振动过程中各质点到达波峰（谷）的时间不一致，致房屋的一部分往上抬升，另一部分下降，就会产生剪切作用，如此往复，在墙体上形成剪切裂缝（图2）；如果是近于平行于地面的剪切，房屋墙体就会产生水平错动。

图2 墙体开裂

其次，墙体完好，房屋基础完好，但在屋顶与墙体接触部位发生开裂（图3），这种情形都发生在房屋基础坚实，钢筋混凝土整体浇注的圈梁结构房屋基础，当井下发生爆炸后形成的面波中同时有上下振动和水平剪切，波长大于房屋基础尺寸，房屋相当于一个质点整体运动，水平剪切能量不致房屋基础发生拉裂，因此在墙体上不会形成拉裂裂隙，这时只有垂直振动作用于整栋房屋，整栋房屋基本上由三个部分构成：坚实的基础、墙体、屋顶，基础与墙体、墙体与屋顶之间自然形成结构面，墙体与屋顶是相对薄弱的一个面，当一波垂直振动波来袭时，先是基础对墙体瞬时强烈挤压，将力传递给墙体，墙体强烈瞬时对屋顶挤压，其结果是在结构面之间的材料压碎，后是挤压瞬时消失，这时由于速度快，在回复过程中，屋顶受空气阻力回复滞后，在墙体和屋顶结构面之间产生拉伸脱节，如此往复，形成了屋顶与墙体之间产生了裂缝。

图3 屋顶与墙体间开裂

因此，在矿山开采过程中，不能只看地面变形与否（实际上地面变形也是发生的，只不过浮土掩盖或规模很小，不容易发现而已）来判断房屋损坏与矿山开采关联和不关联，一旦有采矿活动，就会对地面建筑物有影响，要使房屋不受影响或受影响小，在井下爆破过程中，根据岩层岩性、构造发育程度、爆破点离居民区距离等，先计算出适合矿山安全用（炸）药量，杜绝进行大当量的爆破。