地裂缝地表破裂形态的力学机制浅析

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1、地裂缝地表破裂形态的力学机制浅析孟繁饪单亭栋陕西工程勘察研究院陕西西安710068摘要：地裂缝在世界各地均有不同程度的发牛。西安市是我国受地裂缝影响最为严重的城市之一。目前对地裂缝灾害的主要处理方式是避让。根据《西安地裂缝场地勘察与工稈设计规》规定，按照拟建建筑物的重要性、结构类别的不同，对地裂缝的上盘避让距离一般为6〜40m,下盘避让距离为4〜24mo不管是正在活动的、还是曾经活动但目前稳定的，或者隐伏的地裂缝均需按要求避让。关键词：地裂缝；分析；扩展方向1、地裂缝的宏观微观共性无论是大规模的构造断裂，还是较小范围的裂缝，变形破裂的影响范围都更多的集中于上盘楔形体处。这种断裂形态的相似与土质

2、之间没有明显的规律，而与材料几何性质密切相关。对于连续均质体而言，其抗弯刚度为臼（弹性模量×惯性矩）。对于同一断层，楔形体越到尖端处惯性矩越小，变形主要集中于此。西安地裂缝的地表展布特征与这一结果一致。临潼一一-反安断裂为断裂面，西安正断组为断层上盘，西安地裂缝越近临潼一一长安断裂处地裂缝间距越小，越远间距越大，这也从宏观角度印证断层上盘楔形体越近尖端其抗破坏能力越弱,地表变形破坏也较为集中的现象。2、地裂缝的浅部剖面组合形态（1）阶梯状构造：由几条同倾向的地裂缝与其间依次下降的地块组成阶梯状构造，主要反映了引张应力作用，是地裂缝分布区普遍存在的一种构造组合形态，存在于不同等级和规

3、模的构造行迹中。（2）型构造：在主地裂缝的上盘，常发育一组与主地裂缝倾向相反的分支地裂缝，组成型构造。(3)侧羽状构造：近地表处，近于直立的主地裂缝南侧，常可见到一组密集的节理，组成侧羽状构造。侧羽状构造只有在坚硬的土层中才能见到。3、地表形态、裂缝剖面形态与水平应力(水平位移)的关系从拉张位移和垂直位移两种模型可看出，上盘活动以水平位移为主吋，数值模型得到的上盘地表变形曲线为上凸型，裂缝处垂直位移最大，向外侧渐小，此种活动方式多产生“Y”型破裂，地表形态呈俯仰型。上盘活动以垂直位移为主，且水平向为压应力时，数值模型得到的上盘地表变形曲线为上凹型，地表越向外侧垂向位移越大，此种活动方式多产生阶

4、梯型破裂，地表形态呈台阶型。4、从土中一点应力状态分析①水平应力值小于垂直应力当断层(地裂缝)受拉张应力，且断面处产生一定空隙时，取上盘楔形体处一个单元体分析其受力情况。单元体两个垂直面受逆吋针旋转的剪应力，故τxy为负值，垂直向受压应力σl(σy),水平向为拉应力σ3(σx)(此处σl代表较大值,σ3代表较小值)。单元体水平受拉应力为断层拉张作用的一种结果，土体人部分为水平压应力小于垂直压应力。对于地表处，土的自重应力较小而粘聚力较大的情况，可能存在水平拉应力大于垂直压应力，相对于整个地层，其属于少数现象，在此暂

5、不分析。单元体受的受力情况，根据莫尔一一库伦准则，土体的破裂面与最大主应力夹角为45+ψ/2,与水平应力σl的夹角为βl：从值中可见，剪应力相对较小时，破裂面与水平夹角较大，剪应力相对较大时，破裂面与水平夹角也较小。可见破裂面与断层呈阶梯型。综合上数值模拟的结果和应力状态的分析，认为断层的次生裂缝与主裂缝组成何种形态，主要因素为水平应力的大小。5、地裂缝上部建筑破坏分析从地面调查的结果来看，墙体的裂缝有的先从下部斜向上发展，倾向与地裂缝相反；有的先从上部被拉裂，近垂直向下发展。先从方位破裂，也是哪个位置先达到抗拉强度问题（据第一强度理论）。将诸多建筑物破裂的现象简

6、化为以下两种模式：1、简支梁模式当地裂缝沉降范围小于建筑的范围，位于地裂缝上下盘的建筑两侧均有支撑,而地裂缝两侧范围内与建筑脱离，分析模型可简化为简支梁；当地裂缝沉降范围在建筑物底部范围内，建筑两侧有地基支撑，中间某部分悬空，则可简化为简支梁。2、悬臂梁模式当地裂缝沉降范围大于建筑的范围，位于上盘的建筑相当于有固定支撑，位于上盘的建筑下部无支撑，分析模型可简化为悬臂梁。物体中部为中性面，上部为拉应力区，下部为压应力区。分别在这三个位置提取微单元受力情况，单元1的主拉应力与水平向夹角为45°；单元2受到到水平向压力影响，主拉应力顺时■针转动，夹角大于45°；单元3,受水平拉应力影

7、响，主拉应力逆时针转动，夹角小于大于45°；o根据第一强度理论，单元的破坏由最大拉应力导致，那么其破坏面与水平夹角从下到上为：小于45°>等于45°>大于45°；o6、近地表处裂缝扩展方向从破坏现象来看，浅部地裂缝的裂缝展布形式是由地层深部和上部建筑物的共同作用所致，故较为复杂。地表处的裂缝扩展情况较为多变，地层深部和建筑上的裂缝均能在地表找到相似的展布。有些与下部倾向