汶川地震地裂縫發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）

汶川地震地裂縫發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象，根據其特征與成因可以分為地震構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域的研究，總結出一般地震地裂縫的發育程度與地震震級、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現時，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象。地震裂縫在6級以上強震中是一種常見的破壞現象，大都發生在現代松散沉積物中，有時密集成具有一定方向的裂隙帶。這些裂隙帶的產生有的明顯受地形控制，有的與構造活動有關。

當這種現象發生在斜坡地帶時，就可能發展成為滑坡、崩塌等山地災害［1-3］。

2008年在我國四川省汶川縣發生了Ms8.0大地震，強烈的地震誘發了大量崩塌、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，也是威脅災區重建的重要因素。目前，國內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上，以汶川地震地裂縫的成因機理和發育特征為基礎，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，根據地震地裂縫的形成機理，可分為地震構造地裂縫和地震重力地裂縫（地震非構造地裂縫）2類。

2.1地震構造地裂縫

地震構造地裂縫主要指地震斷裂構造在地震活動中在地表所產生的裂縫，它是震源深處斷層活動在地表的最直接、最具體的反映。地震構造地裂縫產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，才會在地表出現地震構造地裂縫，見圖1。

地震構造地裂縫一般具有規模較大、延伸較遠、受發震構造的控制等特點，具有明顯的方向性。地震構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和基巖區，不同的地貌單元，地震構造地裂縫都可能出現，僅表現出發育程度的差異。

地震構造地裂縫產生的機制是：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，使地面上層產生大幅度振動。當質點位移幅值超過了其彈性極限，或質點上的地震力超過了土的抗剪強度時，便產生了永久塑性變形，是強震震中區地面激烈振動的結果。地震構造地裂縫在產生過程中常伴有地表變形和地面破壞現象，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，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　地震構造地裂縫的形成過程

2.2地震重力地裂縫（地震非構造地裂縫）

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生的作用力，使位于斜坡上部巖土體沿重力方向產生相對位移而形成的地裂縫。這種地裂縫多發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。斜坡上部巖體在地震作用下發生位移或變形，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）隙水壓力激發機制［7-9］。地震振動引起地下采空區或溶蝕區的地表塌陷、地震液化區的邊緣地段，在地震中產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，其表現為強烈的地震振動使傾斜地面或斜坡失穩，造成變形滑動，在變形滑動區的邊緣產生張性的地震重力地裂縫。在巖溶地區或礦山采空區，地震振動使地表沉陷，其邊緣形成地震重力地裂縫。此外，在一些人工構筑物，如土壩、公路路堤、堤圍、山區半挖半填地基和臺坎等處，強烈的地面震動使構筑物出現裂縫，其走向與構筑物的沿伸方向一致，與地震斷裂構造的延伸方向關系并不明顯。如汶川地震中，岷江河谷中公路的外測出現有部分裂縫，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級地震的發震斷裂集中爆發于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條主斷裂呈現密切相關的對應關系。野外現場調查與測量發現，汶川Ms8.0級地震地裂縫沿龍門山構造帶的北川—映秀斷裂和彭州市—都江堰市斷裂發育，同時在小魚洞產生一條新的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延伸經映秀、虹口、龍門山鎮、東林寺、紅白鎮、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，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。三江地區位于破裂帶南端，主要表現為斷續分布走向60°～70°的裂縫。映秀段為連續破裂，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。自后壩至擂鼓鎮一段地表破裂不連續，只有少數地點發現明顯的形跡。擂鼓鎮—北川曲山鎮一段破裂較發育，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。構造地貌研究發現，斷裂控制河流發育，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。地震破裂較連續的出露點有磁豐、白鹿、九龍等地，沿河谷和階地發育，長約幾百至上千米，其它地點多為一些斷續出露的破裂或陡坎。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，過小魚洞抵中壩結束，延伸約5.6km。地表破裂主要在河谷中連續發育，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，因此數量相對較少。

4　地震地裂縫發育的主要控制因素

從上面的統計和分析可以看出，一般地震地裂縫的發育程度與地震震級、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，發育了一條近100km的地震構造地裂縫；但震級與地裂縫發育狀況的正相關關系有時也不盡相同。如1974年云南昭通Ms7.1級地震，野外調查未見到相應的地震地裂縫。產生這種現象的原因比較復雜，既可能與地震構造類型、斷層性質有關，也可能與震源深度及其所處環境以及地表條件有關。

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

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，表現為沿龍門山中央斷裂、前山斷裂都發育了眾多的地裂縫，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現時，都應該認真對待，提出合理的處理方案。根據本文的分析，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和水文地質情況，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。