地裂縫分類及地面沉降區(qū)構(gòu)造地裂縫防治對(duì)策

盧全中，李 聰，劉 聰，占潔偉

(1. 長(zhǎng)安大學(xué) 地質(zhì)工程與測(cè)繪學(xué)院，陜西 西安 710054； 2. 長(zhǎng)安大學(xué) 西部礦產(chǎn)資源與地質(zhì)工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710054； 3. 自然資源部陜西西安地裂縫與地面沉降野外科學(xué)觀測(cè)研究站，陜西 西安 710054)

0 引 言

地裂縫災(zāi)害在世界上許多國(guó)家均有出現(xiàn)[1-9]，在中國(guó)的汾渭盆地、華北平原和蘇錫常地區(qū)尤為嚴(yán)重[10-19]。其中，西安地裂縫是世界上最著名的城市地質(zhì)災(zāi)害。自20世紀(jì)50年代以來，西安城區(qū)發(fā)現(xiàn)的地裂縫已達(dá)14條之多，延伸長(zhǎng)度超過200 km，給城市建設(shè)帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)損失[20-23]，已成為一種獨(dú)特的城市地質(zhì)災(zāi)害。

地裂縫類型多樣，以往主要從內(nèi)營(yíng)力、外營(yíng)力和人類活動(dòng)等因素對(duì)其進(jìn)行了成因分類[16-19,24]。在這些地裂縫類型中，有的特征典型，獨(dú)成體系，需要專門研究；有的是其他災(zāi)害伴隨的地質(zhì)現(xiàn)象，無需開展針對(duì)性和專項(xiàng)研究。為反映地裂縫的典型特征和成因類型，統(tǒng)一認(rèn)識(shí)和規(guī)范技術(shù)要求，促進(jìn)防災(zāi)減災(zāi)，本課題組正在編寫中國(guó)地質(zhì)災(zāi)害防治工程行業(yè)協(xié)會(huì)團(tuán)隊(duì)標(biāo)準(zhǔn)《地裂縫防治工程勘查規(guī)范》，提出地裂縫的分類體系、勘查技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)價(jià)方法。構(gòu)造地裂縫是地裂縫的主要類型和主要研究對(duì)象，常造成嚴(yán)重災(zāi)害，也是防治的重點(diǎn)[25-33]。

目前針對(duì)構(gòu)造地裂縫的防治，以避讓為主，由此帶來了大量土地資源的浪費(fèi)；對(duì)于避讓不了、必須通過地裂縫的工程(如地鐵、高鐵、高速公路和地下管道等)，采取特殊的結(jié)構(gòu)措施或地基處理及施工方案進(jìn)行處理，常造成工程費(fèi)用高昂[33-39]。本文在對(duì)地裂縫進(jìn)行綜合分類的基礎(chǔ)上，分析地裂縫活動(dòng)的根本原因和地面沉降區(qū)構(gòu)造地裂縫發(fā)生超常活動(dòng)的本質(zhì)原因，并由此提出地面沉降區(qū)構(gòu)造地裂縫的防治對(duì)策。通過發(fā)展構(gòu)造地裂縫的防控技術(shù)，使一些重大工程能夠安全、合理、經(jīng)濟(jì)地跨越或穿越地裂縫，從而具有積極的工程和現(xiàn)實(shí)意義。

1 地裂縫分類

地裂縫是淺部巖土體在自然或人為因素作用下產(chǎn)生開裂或錯(cuò)動(dòng)，并在地表形成具有一定長(zhǎng)度和寬度的裂縫或變形帶的宏觀地質(zhì)現(xiàn)象。地裂縫有的直接出露地表，表現(xiàn)為水平拉張、垂直位錯(cuò)，少數(shù)也有水平走滑；也有的尚未出露地表，隱伏于地下，稱之為隱伏地裂縫。

不同類型的地裂縫，其形成的地質(zhì)條件和影響因素是不同的，對(duì)其進(jìn)行活動(dòng)性評(píng)價(jià)和防治的方法也不同。在總結(jié)以前地裂縫分類的基礎(chǔ)上，結(jié)合近些年地裂縫的一些調(diào)查進(jìn)展和研究成果，將地裂縫的成因類型分為構(gòu)造地裂縫和非構(gòu)造地裂縫兩大類，并根據(jù)其主導(dǎo)因素及具體的動(dòng)力類型，進(jìn)一步細(xì)分為16個(gè)類別(表1)。不可完全治理或治理難度極大的構(gòu)造地裂縫和深層地下流體開采誘發(fā)的地面沉降型地裂縫，是地裂縫研究的重點(diǎn)。為便于統(tǒng)一名稱和認(rèn)識(shí)，一些特殊土(濕陷性黃土、膨脹土、凍土、鹽漬土等)在狀態(tài)或性質(zhì)發(fā)生變化時(shí)出現(xiàn)的地裂縫也進(jìn)行了分類?；隆⒈浪?、地面塌陷等地質(zhì)災(zāi)害伴生的裂縫已有專門的勘查評(píng)價(jià)和治理設(shè)計(jì)規(guī)范以及較成熟的防治措施，建議都?xì)w到對(duì)應(yīng)的地質(zhì)災(zāi)害類型中，在此沒有提及。

表1 地裂縫類型及主導(dǎo)因素

另外，有些地裂縫的形成是多種因素共同作用的結(jié)果，在確定其類型時(shí)，要區(qū)分主導(dǎo)因素和誘發(fā)因素，突出深層次原因及防治難度。例如，西安地裂縫在歷史時(shí)期曾多次出現(xiàn)，并不是地下水超采的產(chǎn)物，現(xiàn)今的地下水開采和地面沉降只是誘發(fā)因素，加劇了其活動(dòng)程度，縮短了活動(dòng)周期，其控制或主導(dǎo)因素還是下面存在隱伏斷裂，因此，其類型也只能定為構(gòu)造地裂縫，或者現(xiàn)階段存在地面沉降，可以定為地面沉降型構(gòu)造地裂縫。同樣地，在陜西三原地區(qū)發(fā)生的雙槐樹地裂縫，在一次暴雨后突然出現(xiàn)，后經(jīng)調(diào)查和勘探，也確定為構(gòu)造地裂縫，暴雨只是一個(gè)誘發(fā)因素[40]。

地裂縫屬于一種結(jié)構(gòu)面，對(duì)土體力學(xué)性質(zhì)和水文地質(zhì)條件改變等產(chǎn)生較大影響。因此，有必要根據(jù)發(fā)育規(guī)模(累計(jì)延伸長(zhǎng)度，L)、力學(xué)性質(zhì)、開啟程度(D)及主次關(guān)系等因素對(duì)地裂縫進(jìn)一步分類(表2)，便于描述地裂縫的特征和統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。

表2 地裂縫其他因素分類及特征

地裂縫的規(guī)模分類參考了《地質(zhì)災(zāi)害分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(試行)》(T/CAGHP 001—2018)[24]，并進(jìn)行了修改。該標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)模分類方案中包括“累計(jì)長(zhǎng)度L”和“影響范圍S”兩個(gè)指標(biāo)，如巨型地裂縫L≥10 000 m或S≥10 km2，大型地裂縫1 000 m ≤L<10 000 m或5 km2≤S<10 km2。根據(jù)已有地裂縫調(diào)查、監(jiān)測(cè)和勘探經(jīng)驗(yàn)，地裂縫的影響寬度一般小于100 m?！段靼驳亓芽p場(chǎng)地勘察與工程設(shè)計(jì)規(guī)程》(DBJ 61-6—2006)[32]中規(guī)定西安地裂縫上盤影響區(qū)范圍為20 m，下盤影響區(qū)范圍為12 m。北京北七家—高麗營(yíng)地裂縫上盤影響區(qū)范圍為30 m，下盤影響區(qū)范圍為10 m[41]。按不同分類指標(biāo)對(duì)同一分類結(jié)果遵循總體一致性的原則，地裂縫影響寬度以最大100 m考慮。巨型地裂縫L≥10 000 m時(shí)，S≥1 km2；大型地裂縫1 000 m≤L<10 000 m時(shí)，0.1 km2≤S<1 km2。不同長(zhǎng)度區(qū)間的實(shí)際地裂縫影響范圍分界值與《地質(zhì)災(zāi)害分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(試行)》(T/CAGHP 001—2018)[24]中對(duì)應(yīng)的影響范圍相差較明顯，因此，本文的地裂縫規(guī)模分類沒有采用“影響范圍”這個(gè)指標(biāo)。

圖1 陜西三原地區(qū)Qp2黃土中的閉合地裂縫 Fig.1 Closed Ground Fissure of Qp2 Loess in Sanyuan Area of Shaanxi

圖2 陜西涇陽(yáng)地區(qū)地表張開的地裂縫Fig.2 Open Ground Fissures on Surface in Jingyang Area of Shaanxi

地裂縫的開啟程度分類主要考慮了地裂縫的開啟或閉合程度、導(dǎo)水或隔水性質(zhì)以及裂隙兩側(cè)土體在受力后的相互影響程度，將其分為閉合、裂開、張開、寬、較寬和極寬地裂縫。對(duì)于閉合地裂縫，水在裂隙中滲透的速度與在兩側(cè)土體中接近，土體可視為連續(xù)介質(zhì)；一般發(fā)育在深度較大、形成時(shí)代較早的地層(如Qp2和Qp1)中，具有剪切性質(zhì)(圖1)；多數(shù)成為隔水界面，導(dǎo)致在地裂縫兩側(cè)水位不一致。對(duì)于裂開地裂縫，水可在裂縫中滲漏，土體視為不連續(xù)介質(zhì)，但在壓力作用下兩側(cè)土體可相互影響；一般發(fā)育在深度不大、形成時(shí)代較晚的地層中。張開地裂縫將兩側(cè)土體分成互不影響的兩部分，水在裂縫中可自由流動(dòng)和侵蝕土體，對(duì)土體的性質(zhì)起著決定性的作用；一般發(fā)育在地表的土層中，主要表現(xiàn)為張性地裂縫(圖2)；根據(jù)開啟程度，進(jìn)一步劃分為張開、寬、較寬和極寬地裂縫。地裂縫的開啟或閉合程度反映了垂直于地裂縫面的受力情況。當(dāng)?shù)亓芽p面的垂直應(yīng)力較大時(shí)，地裂縫主要呈閉合狀態(tài)；當(dāng)?shù)亓芽p面的垂直應(yīng)力較小時(shí)，地裂縫可能變?yōu)榱验_或張開狀態(tài)。同一地裂縫在不同深度或不同位置可以受力不同，因此，可能呈現(xiàn)不同的張開狀態(tài)。

地裂縫的力學(xué)性質(zhì)和主次關(guān)系分類參考了節(jié)理和斷裂的分類方法。

2 構(gòu)造地裂縫發(fā)育特征

構(gòu)造地裂縫防治難度大，是地裂縫的主要類型和研究重點(diǎn)，有必要以此為主要研究對(duì)象，總結(jié)其發(fā)育特征，探索其防治對(duì)策。西安地裂縫屬于典型的構(gòu)造地裂縫，在伴有地面沉降時(shí)活動(dòng)強(qiáng)烈。在此以西安地裂縫為例，介紹構(gòu)造地裂縫的總體特征、工程地質(zhì)特征、水文地質(zhì)特征和活動(dòng)特征。

2.1 總體特征

構(gòu)造地裂縫是受下伏構(gòu)造控制，并造成地表開裂或變形的地裂縫。構(gòu)造地裂縫受下伏構(gòu)造控制，包括斷層、構(gòu)造節(jié)理等，其分布位置及走向都與構(gòu)造線一致，具有一定的延伸長(zhǎng)度，總體走向穩(wěn)定，線性特征明顯。構(gòu)造地裂縫的活動(dòng)也受下伏構(gòu)造的活動(dòng)性控制，如斷層的蠕滑和速滑(或地震)都可導(dǎo)致地裂縫的產(chǎn)生。斷層蠕滑地裂縫的活動(dòng)速率一般最大每年只有數(shù)毫米，地震地裂縫則可以一次產(chǎn)生數(shù)厘米至數(shù)米的位移量。構(gòu)造地裂縫的活動(dòng)同時(shí)受人類活動(dòng)的影響，特別是在第四系沉降物較厚的盆地和平原地區(qū)，并伴隨有大量的地下水開采和較嚴(yán)重的地面沉降時(shí)，地裂縫會(huì)呈現(xiàn)出超?；顒?dòng)的特點(diǎn)，活動(dòng)速率可以達(dá)到每年數(shù)厘米。地下水開采導(dǎo)致的地面差異沉降對(duì)地裂縫活動(dòng)量的貢獻(xiàn)率超過僅由斷層蠕滑產(chǎn)生的活動(dòng)量1～2個(gè)數(shù)量級(jí)。

2.2 工程地質(zhì)特征

西安地裂縫屬于構(gòu)造地裂縫，地層錯(cuò)距隨著深度的增大而增大，有些同時(shí)期沉積的地層厚度在上盤比下盤大，指示同沉積活動(dòng)特點(diǎn)。圖3揭示了西安上林苑七路f8地裂縫的淺部地層明顯錯(cuò)斷情況。剖面上，③層古土壤層上盤厚度為4.0 m，大于下盤的厚度(3.2 m)，層底面錯(cuò)斷2.3 m；⑦層中砂層錯(cuò)斷6.7 m；⑧-1層中砂層錯(cuò)斷7.5 m。此外，不同層位的地層錯(cuò)距隨深度逐漸變大，并導(dǎo)致一些含水層在地裂縫位置不連續(xù)。其中，埋深近60 m的⑧-1層弱承壓含水層的上盤頂板和下盤底板相差4.6 m，⑧-1層已完全被地裂縫錯(cuò)斷。當(dāng)該段地裂縫呈閉合狀態(tài)或充填密實(shí)時(shí)，滲透性變差而相對(duì)隔水，⑧-1層在地裂縫兩側(cè)就會(huì)變成2個(gè)相對(duì)獨(dú)立的含水層。

2.3 水文地質(zhì)特征

圖4繪制了西安f4地裂縫魚化寨段水文地質(zhì)剖面，進(jìn)一步揭露了地裂縫錯(cuò)斷深部地層及承壓含水層的情況。根據(jù)地下水水力性質(zhì)及埋藏條件，將該區(qū)300 m以淺的含水層劃分為潛水及第一、二、三承壓含水層組。其中，以開采段深度25～85 m為潛水含水層組；第一、二承壓含水層組底板埋深分別為130～138 m和203～215 m，又分別分為2個(gè)含水段；第三承壓含水層組頂板為235～247 m，開采段厚度相應(yīng)為40、50 m和大于100 m。第一、二承壓含水層組為主要開采層位，f4地裂縫將第一含水層組的⑧層中粗砂錯(cuò)斷8 m，將第二含水層組的⑩層中粗砂和層粗砂分別錯(cuò)斷9 m和13 m，且這3個(gè)含水層錯(cuò)斷后在f4地裂縫兩側(cè)并沒有連通，從而把原來的同一含水層都變成了2個(gè)隔開的含水層。

圖4 西安f4地裂縫魚化寨段水文地質(zhì)剖面Fig.4 Hydrogeological Profile of f4 Ground Fissure in Yuhuazhai Section, Xi’an

圖件引自文獻(xiàn)[45]圖5 西安辛家廟地裂縫差異沉降與深井水位變化關(guān)系Fig.5 Change Relationship Between Differential Settlement of Ground Fissure and Deep Well Level in Xinjiamiao, Xi’an

2.4 活動(dòng)特征

2.4.1 地裂縫活動(dòng)與地下水開采的關(guān)系

西安地裂縫的活動(dòng)與地面沉降密切相關(guān)，同時(shí)地裂縫的活動(dòng)程度也與該區(qū)承壓水位的波動(dòng)關(guān)系對(duì)應(yīng)明顯，地裂縫活動(dòng)量的70%～90%是由抽取承壓水引起的[20,42-44]。

西安地裂縫早期的監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，地裂縫的活動(dòng)分別于1980年6月和1981年7月至9月突然加快，其活動(dòng)速率達(dá)到平常的2～5倍。圖5為1978～1982年西安辛家廟地裂縫差異沉降與深井水位的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。結(jié)果顯示：地裂縫下盤(北盤)深井水位埋深總體呈緩慢下降，5年內(nèi)下降2.5 m左右，并呈季節(jié)性波動(dòng)，波動(dòng)幅度為2～3 m；而在上盤(南盤)，水位埋深5年內(nèi)下降了近24 m，其中在1980年4月至10月的短短6個(gè)月就突降了16 m。地裂縫隨著上盤水位的總體下降發(fā)生差異沉降活動(dòng)，在不到5年的時(shí)間里，地裂縫兩側(cè)差異活動(dòng)量超過15 mm；同時(shí)在上盤水位突降后，地裂縫也發(fā)生稍微滯后的快速活動(dòng)，活動(dòng)量為8.5 mm[45]。

近年來，西安地裂縫活動(dòng)強(qiáng)烈的地段位于魚化寨。該區(qū)潛水水位埋深在1990年約為6 m，2002年約為19 m，至2016年有所回升，在地裂縫南部(上盤)為13.05～13.52 m，在地裂縫北部(下盤)為14.15～16.48 m。該區(qū)承壓水水位埋深在1990年約為40 m，由于自備井的大量開采，且有85%的開采井分布在地裂縫上盤，至2016年，下盤承壓水水頭埋深為49.57～67.88 m，上盤水頭埋深為103.0～106.4 m，兩盤平均水頭差46 m左右，并在地裂縫位置有突變(圖6)。隨著承壓水位的大幅下降，該區(qū)地面沉降呈現(xiàn)日益嚴(yán)重趨勢(shì)，1959年至1996年地面沉降量為108 mm，至2000年接近300 mm，至2008年超過900 mm，至2018年已超過2 000 mm。伴隨地面沉降的發(fā)展，發(fā)育于該區(qū)的f4地裂縫活動(dòng)也明顯加快，地面垂直活動(dòng)量由2013年的300 mm發(fā)展到2016年的650 mm，致使2002年跨地裂縫修建的西安外事學(xué)院綜合樓發(fā)生嚴(yán)重破壞[46-47]。

圖件引自文獻(xiàn)[46]、[47]圖6 西安f4地裂縫魚化寨段承壓水位剖面Fig.6 Confined Level Profile of f4 Ground Fissure in Yuhuazhai Section, Xi’an

圖5和圖6均顯示在地裂縫兩側(cè)的深層地下水位存在突變，反映了地裂縫在某一深度段是一個(gè)相對(duì)隔水邊界，主要是由于地裂縫活動(dòng)錯(cuò)斷了含水層。地裂縫上盤在大量開采地下水時(shí)引起水位大幅下降，但并未對(duì)下盤水位產(chǎn)生明顯影響，上盤水位下降導(dǎo)致該盤地層壓縮和地面沉降，并與下盤形成差異沉降，從而促使地裂縫活動(dòng)。地裂縫活動(dòng)與上盤水位下降有明顯的相關(guān)性并稍有滯后，一般滯后2到3個(gè)月[45]。

2.4.2 地裂縫活動(dòng)的本質(zhì)原因

地裂縫形成和活動(dòng)的根本原因是地面或淺部土層在地裂縫位置發(fā)生了明顯的不同變形，包括在垂直和水平方向發(fā)生的同向不均勻變形和反向變形，其主要表現(xiàn)形式為垂直位錯(cuò)或水平張裂，是一種線狀或帶狀的地表突變或陡變。這種變形可以是由地震活動(dòng)、火山噴發(fā)、斷層蠕滑運(yùn)動(dòng)、構(gòu)造應(yīng)力作用等內(nèi)營(yíng)力作用引起的，并由此形成構(gòu)造地裂縫；也可以是由黃土濕陷、膨脹土脹縮、凍土凍融、鹽脹、鹽漬土溶陷、土體干縮、地表水侵蝕和地下水潛蝕等自然外營(yíng)力作用以及地下流體抽汲等人類活動(dòng)作用引起的，從而形成非構(gòu)造地裂縫。地裂縫活動(dòng)既可以是原來已出露地表的裂縫重新活動(dòng)或加劇活動(dòng)，也可以是埋藏在地表一定深度的隱伏地裂縫活動(dòng)并擴(kuò)展至地表從而形成顯現(xiàn)的地裂縫。

構(gòu)造地裂縫活動(dòng)的本質(zhì)原因是在構(gòu)造應(yīng)力作用下或在構(gòu)造部位，地面或淺部土層發(fā)生了線狀或帶狀延伸的明顯變形。對(duì)于受斷裂控制的構(gòu)造地裂縫，其動(dòng)力源在地下深部，能量釋放沿?cái)嗔衙嫦蛏线f減，并存在間歇活動(dòng)或同沉積活動(dòng)，因此，地層錯(cuò)距隨深度的增大而增大。

從西安f4地裂縫魚化寨段的地質(zhì)特征和活動(dòng)特點(diǎn)可以看出，地面沉降區(qū)構(gòu)造地裂縫發(fā)生超常活動(dòng)的本質(zhì)原因則是地裂縫錯(cuò)斷了含水層，在過量抽取承壓水時(shí)，地裂縫兩側(cè)的承壓水頭下降幅度不一致，并在地裂縫位置有明顯的陡降，致使地裂縫兩側(cè)的孔隙水壓力減小程度不一樣且兩側(cè)的黏土層發(fā)生不均勻固結(jié)壓縮，并在地表發(fā)生差異沉降，從而發(fā)生地裂縫活動(dòng)。

3 地裂縫防控措施

3.1 一般防控措施

地裂縫活動(dòng)會(huì)對(duì)跨地裂縫的任何建設(shè)工程及設(shè)施產(chǎn)生變形和破壞，災(zāi)害損失是不可避免的。目前，針對(duì)地裂縫采取的防治措施主要包括：①對(duì)房屋建筑采用避讓的方法；②對(duì)地裂縫影響帶內(nèi)的地面建筑進(jìn)行地基處理、基礎(chǔ)加固和上部結(jié)構(gòu)加強(qiáng)；③對(duì)地下管線采用柔性接頭來加強(qiáng)抗斷設(shè)計(jì)；④對(duì)地面道路工程采用柔性材料換填或簡(jiǎn)支橋梁跨越；⑤對(duì)于地鐵跨越地裂縫時(shí)，采用分段設(shè)縫、擴(kuò)大上盤隧道斷面和防水等措施；⑥限制或禁止地下水，特別是承壓水的開采，并做好地表排水措施。

上述防治措施中，除了第⑥條限制承壓水開采是主動(dòng)措施外，其他措施均屬于被動(dòng)措施。其中，第①條的避讓措施會(huì)極大地浪費(fèi)寶貴土地資源；第②～⑤條跨地裂縫段的工程結(jié)構(gòu)加強(qiáng)及設(shè)防措施涉及地裂縫的勘察、設(shè)計(jì)、地基處理、結(jié)構(gòu)加強(qiáng)等施工環(huán)節(jié)及對(duì)應(yīng)的高昂費(fèi)用，對(duì)于地裂縫沿線的所有工程如都采用這類措施，其總體社會(huì)成本和費(fèi)用更是不可估量；第⑥條限制承壓水開采雖然是有效的措施，但還是避免不了一些城郊地區(qū)的地下水偷采，農(nóng)村地區(qū)更是很難有效執(zhí)行，導(dǎo)致限制或禁止地下水開采的可行性難度較大。另外，極端氣候也可能使承壓水位異常波動(dòng)。

3.2 地面沉降區(qū)構(gòu)造地裂縫的調(diào)控措施

從地面沉降區(qū)構(gòu)造地裂縫活動(dòng)本質(zhì)原因的分析可知：沒有地面沉降，就沒有地裂縫的較大活動(dòng)；沒有地裂縫位置的不均勻地面沉降，也就沒有地裂縫的超?；顒?dòng)。因此，要控制地面沉降區(qū)地裂縫的活動(dòng)，必須控制住地面沉降或不產(chǎn)生不均勻地面沉降，禁止承壓水開采和完全控制地面沉降是控制地裂縫活動(dòng)的根本措施。鑒于存在不可控制的承壓水開采和承壓水位異常波動(dòng)情況，尋求可人工調(diào)控的地裂縫活動(dòng)應(yīng)對(duì)措施顯得尤為重要。

在地裂縫活動(dòng)強(qiáng)烈的地段，含水層錯(cuò)斷和承壓水頭高度變化明顯，通過人工定向鉆孔方式打通被錯(cuò)斷的含水層，在地下水開采和承壓水異常波動(dòng)情況下，實(shí)現(xiàn)被錯(cuò)斷含水層的水頭高度自我調(diào)節(jié)與平衡，避免在地裂縫地段形成較大的承壓水頭差和產(chǎn)生較大的地面不均勻沉降，從而控制地裂縫的活動(dòng)或超?；顒?dòng)。在此將這種利用定向鉆井打通被錯(cuò)斷含水層的構(gòu)造地裂縫防控方法簡(jiǎn)稱為通水調(diào)壓控裂法(CABHP)(圖7)。該方法主要適用于地面沉降區(qū)構(gòu)造地裂縫，可作為一種常時(shí)態(tài)防控方法，能夠起到一勞永逸的效果。

圖7 通水調(diào)壓控裂法(CABHP)示意圖Fig.7 Sketch View of Controlling Growth of Ground Fissure by Connecting Aquifer and Balancing Hydraulic Pressure (CABHP) on Both Sides of Ground Fissure

在實(shí)施定向鉆孔之前，首先需要收集和調(diào)查地裂縫附近的抽水井位置、抽水層位、抽水量、水位變化和地面沉降監(jiān)測(cè)等資料，初步了解該區(qū)地層結(jié)構(gòu)、含水層結(jié)構(gòu)和抽水層位；然后通過跨地裂縫鉆探，測(cè)量地裂縫兩側(cè)各含水層的水位，查明地層結(jié)構(gòu)和含水層結(jié)構(gòu)，確定在地裂縫兩側(cè)(盤)需要連通的目標(biāo)含水層，其中上盤(沉降盤)目標(biāo)含水層是存在水位下降和導(dǎo)致相鄰地層失水壓縮的承壓含水層，下盤(相對(duì)上升盤)目標(biāo)含水層與上盤目標(biāo)含水層類型和結(jié)構(gòu)都相同或接近，水位和層位比上盤都高；最后在地裂縫下盤并靠近地裂縫的位置實(shí)施定向鉆井，將下盤目標(biāo)含水層與上盤目標(biāo)含水層連通，并在含水層連通段接入濾水管和填入礫料，在鉆井的下盤目標(biāo)含水層頂板位置封堵鉆孔和止水，從而實(shí)現(xiàn)地下水在水頭差的作用下自動(dòng)從下盤目標(biāo)含水層流向上盤目標(biāo)含水層，并逐步達(dá)到水位自然平衡。為有效監(jiān)測(cè)上、下盤目標(biāo)含水層的連通情況，可以在連通管內(nèi)設(shè)置孔壓傳感器和流量計(jì)。

綜上所述，在承壓水位下降的情況下，通過地裂縫上、下盤之間打通的管道消除或最大程度地減小上、下盤之間的孔壓差，這樣地裂縫兩側(cè)的地層在橫向上就不會(huì)發(fā)生明顯的差異排水固結(jié)壓縮，地表也就不會(huì)出現(xiàn)較大的不均勻沉降，從而可以有效控制地裂縫活動(dòng)。

4 結(jié) 語(yǔ)

(1)根據(jù)主導(dǎo)因素及動(dòng)力類型，地裂縫可分為構(gòu)造地裂縫和非構(gòu)造地裂縫兩大類和16個(gè)類別。根據(jù)發(fā)育規(guī)模、力學(xué)性質(zhì)、開啟程度及主次關(guān)系等因素對(duì)地裂縫進(jìn)一步分類，有助于地裂縫的特征描述。

(2)地裂縫活動(dòng)的根本原因是位于地裂縫兩側(cè)的土層發(fā)生了不同變形；地面沉降區(qū)構(gòu)造地裂縫發(fā)生超?；顒?dòng)的本質(zhì)原因是地裂縫錯(cuò)斷了含水層并在地裂縫兩側(cè)形成明顯的水頭差，從而在過量抽取地下水時(shí)導(dǎo)致地表發(fā)生了較大的差異沉降。

(3)通水調(diào)壓控裂法通過定向鉆孔打通被地裂縫錯(cuò)斷的含水層，可以實(shí)現(xiàn)地裂縫兩側(cè)水位的自然平衡和有效控制地面沉降區(qū)的構(gòu)造地裂縫活動(dòng)。

謹(jǐn)以此文紀(jì)念長(zhǎng)安大學(xué)七十周年華誕，祝愿母校桃李滿園，英才輩出，各項(xiàng)工作碩果累累，社會(huì)影響日益深遠(yuǎn)，教育事業(yè)蒸蒸日上，為祖國(guó)繁榮昌盛貢獻(xiàn)更多長(zhǎng)大力量！我是土生土長(zhǎng)的長(zhǎng)大人，自1990年9月進(jìn)入西安地質(zhì)學(xué)院開始本科學(xué)習(xí)以來，完成了本科、碩士和博士階段的學(xué)習(xí)，經(jīng)歷了母校由西安地質(zhì)學(xué)院到西安工程學(xué)院，再到長(zhǎng)安大學(xué)的重要發(fā)展歷程，見證了母校翻天覆地的變化。我曾有幸在班級(jí)擔(dān)任臨時(shí)班長(zhǎng)、學(xué)習(xí)委員，以及在地質(zhì)工程系兼任實(shí)驗(yàn)室主任、系副主任、系主任等職務(wù)，所在集體多次榮獲學(xué)校標(biāo)桿宿舍、優(yōu)秀團(tuán)支部、先進(jìn)班級(jí)和先進(jìn)系所。個(gè)人的點(diǎn)滴成長(zhǎng)離不開母校各位老師的悉心指導(dǎo)，特別是趙法鎖、杜東菊、彭建兵等導(dǎo)師的諄諄教誨。母校的蓬勃發(fā)展也離不開廣大師生的努力拼搏和無私奉獻(xiàn)，以及對(duì)長(zhǎng)大校訓(xùn)“弘毅明德，篤學(xué)創(chuàng)新”的傳承。在此衷心感謝母校的每一位老師和校友，并致以最美好的祝福！祝愿母校永鑄輝煌！