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本文通过对黄土的微观、宏观结构的分析,发现在中国广泛分布的黄土地层具有独特的孕裂基础。特殊的微观结构使黄土具有低塑性、高渗透性、大孔隙和结构强度高等特点,从而导致黄土地层易发生脆断,会产生湿陷性变形,常出现节理裂隙,且拥有可以维持深长裂缝存在的较高无侧限抗压强度。在水的侵蚀下,地裂缝在黄土地区形成特殊的地貌。经过归纳分析,在黄土地层中足以构成灾害效应的地裂形成原因有黄土的湿陷,黄土构造节理的存在,地下断层的蠕滑和人类活动的影响等。虽然黄土地层中地裂现象有多种成因,但地裂活动都具有一些共同特征,如空间上分段活动,时间上跳跃变化,变形以垂直错断为主,地裂浅层剖面表现为近垂直的张开裂缝,并且地裂与黄土地貌有成生式的关系。
西安是典型的黄土地区城市。近来西安地裂缝作为地裂灾害在西安市活动剧烈。本文对西安市地质环境进行分析后,总结前人研究成果,认为西安地裂缝的成因是地质构造作用下长安—临潼断裂发生蠕滑,而在其上盘形成十三条正断层裂缝带。在地表黄土层中,西安地裂缝扩展活动有四种模式:构造活动模式、开采地下水模式、城市附加荷载模式和地表水渗透模式。
为深入研究地裂扩展的地表水渗透模式,在西安f12地裂缝的一处地段进行现场浸水试验。通过连续观测发现随着水的入渗,在裂缝上盘靠近裂缝处形成了一个沉陷漏斗带。对最大沉降量和入渗水量关系曲线进行S型拟合,得到了入渗水量与最大沉降量的函数关系式。同时,用对数坐标系分析入渗水量与最大沉降量的关系,提出试验场地先期入渗水量Qb约为28m3。然后根据试验场地参数,通过有限元模拟数值计算,发现模型应力、应变发展趋势与实测数据基本吻合。通过试验和理论相结合的分析,可以得出西安地裂缝主要受人类活动因素影响而剧烈活动,因此对西安市地裂灾害的预测和防治重点是考虑人类活动因素。