（中鐵西北科學(xué)研究院有限公司，甘肅 蘭州 730000）

0 引言

地裂縫是地質(zhì)災(zāi)害之一。工程上主要研究的是因各種原因在地表面產(chǎn)生一定規(guī)律的裂縫，其具有一定長度、寬度和深度，具有一定力學(xué)性質(zhì)和規(guī)律的幾何形體特征，活動性的還具有一定的位移變形，對工程建筑有破壞作用，統(tǒng)稱為地裂縫。

根據(jù)相關(guān)資料顯示[1]，全國有12個省、市、區(qū)的200多個縣市有4處及以上較大的地裂縫。最嚴(yán)重、最典型的是西安市，在市、郊區(qū)150km2范圍內(nèi)，形成近平行、等距出現(xiàn)的北東東地裂縫10條，建筑物遭受不同程度的破壞。

地裂縫按成因和對工程建筑的危害程度可分為四類：1）地震構(gòu)造裂縫，是強烈地震時深部震源斷裂在地表的破壞形跡；2）構(gòu)造地裂縫，是活動斷裂在地表或隱伏在地表下一定深度的活動形跡；3）環(huán)境地裂縫，成因是綜合性的或復(fù)活型的，具有構(gòu)造地裂縫所有特征；4）重力地裂縫，是由于重力作用在地表產(chǎn)生的破壞形跡。

國內(nèi)學(xué)者對地裂縫的形成機制[2-5]和勘察方法[6-9]也做了較多研究。規(guī)模較大的地震裂縫和構(gòu)造裂縫規(guī)模形跡已較為明顯，在工程建設(shè)時能很好地避讓。而規(guī)模較小的重力地裂縫，由于近年的大規(guī)模推山造地，很多小規(guī)模地裂縫被遮蓋，在建設(shè)工程選址時往往被忽略，直至場地開挖后才被顯現(xiàn)出來，裂縫的成因和具體規(guī)模難以判斷，造成最終的處理措施難以選擇。針對以上問題，結(jié)合鄂爾多斯境內(nèi)某新建小學(xué)工程出現(xiàn)的地裂縫進(jìn)行較為深入的勘察、分析和研究。

1 現(xiàn)場概況

1.1 項目區(qū)地形地貌概況

某新建小學(xué)項目位于鄂爾多斯高原準(zhǔn)格爾臺地，黃土高原北緣，屬構(gòu)造剝蝕丘陵地貌。場地東西兩側(cè)大部為丘陵斜坡地形，地形切割強烈，支離破碎，俗稱“雞爪溝”；中部為丘陵間侵蝕沖溝地形，主溝走向呈近南北向，基本橫貫場地中部。該建設(shè)場地范圍內(nèi)存在三條次級支溝，與主溝平面組合呈樹枝狀。主溝斷面呈“U”型，次級支溝斷面多呈“V”型。主溝底河床地勢較低，河床平均寬約10m，河床比降1.7%～2.6%，溝底與坡頂相對高差29.9～36.4m；溝坡一般陡傾，局部近乎陡立，部分溝底及溝岸基巖裸露。裸露基巖為粉砂質(zhì)泥巖與細(xì)砂巖互層：棕紅色、淺灰色、灰綠色，厚層狀長石石英砂巖為主，夾粘土巖、泥巖及煤層等，稍濕，主要礦物成分為長石、石英及高嶺土，易水浸軟化及風(fēng)化崩解，屬極軟巖，其上覆蓋有0.5～5.7m厚黃土。

自2011年開始，相關(guān)單位陸續(xù)對原溝谷進(jìn)行素土回填，根據(jù)原場地勘察報告，場地最大填方厚度36m（主溝溝心位置）。場地原有的溝谷形態(tài)已遭破壞，但場地北側(cè)仍保留原地形地貌（圖1）。

圖1 場地北側(cè)原始地貌

1.2 地裂縫的分布及特征

場地南教學(xué)樓基槽開挖至基底時，發(fā)現(xiàn)基底處分布有寬窄不一的裂縫，多在0～10cm，最寬處18cm，裂縫結(jié)構(gòu)面傾向290°，傾角57°～76°，與場地回填前主溝溝道走向平行，距原主溝溝心約30～40m，裂縫間基本呈平行組合（見圖2），局部呈幾字形塊狀構(gòu)造。裂縫間一般無填充物，無滑動痕跡（由于砂質(zhì)含量高，且膠結(jié)差，存在未發(fā)現(xiàn)的可能性）。裂縫至基底以上2～3m，向上延伸至泥巖軟弱層為止，以上不發(fā)育，與地面無貫通，呈封閉狀。裂縫內(nèi)無地下水發(fā)育。

圖2 場地裂縫展布

1.3 場地裂縫的形成原因分析

根據(jù)裂縫特征、地形地貌、地層巖性綜合分析，初步判斷裂縫成因。

1）由于裂縫產(chǎn)生位置距原主溝溝心平距約30～40m，且現(xiàn)基槽平面與原主溝溝心高差約15m，卸荷裂隙的可能性排除。

2）由于構(gòu)造活動產(chǎn)生的裂縫多有一定的充填，且裂縫平直、穿層深、延伸長，同一層面上的區(qū)域裂縫一般同時發(fā)育兩組，與本場地裂縫特征不符，故排除構(gòu)造活動產(chǎn)生裂縫的可能性。

3）根據(jù)查閱的場地附近采礦資料，場區(qū)附近無大型采礦活動，故采空區(qū)產(chǎn)生裂縫帶的可能性初步排除。

4）場地所處地層為砂泥巖互層，具有緩傾的泥巖軟弱帶，且原主溝提供了產(chǎn)生滑坡的臨空面，結(jié)合地表巖層產(chǎn)狀調(diào)繪、沖溝分布特征、原場地鉆孔中地層突變情況、軟弱層位置和原始地形圖及衛(wèi)星歷史影像圖等，初步判定場地裂縫為老滑坡形成時牽引張拉產(chǎn)生。

為進(jìn)一步確定場地裂縫的成因，針對采空區(qū)和滑坡制定了可控源音頻大地電磁測深（CSAMT）和滑坡鉆探孔為主的勘察方案。

2 采空區(qū)勘察方案及結(jié)論分析

項目區(qū)煤炭資源豐富，為查明項目區(qū)地裂縫是否為采空區(qū)引起，采用CSAMT進(jìn)行采空區(qū)勘察工作。

2.1 布測方案

測區(qū)共布設(shè)8條CSAMT剖面，從上至下依次為a-h剖面（圖3），采用同一個發(fā)射偶極AB=900m，方位90°，各剖面收發(fā)距均大于4500m。剔除近區(qū)及過渡區(qū)數(shù)據(jù)，利用遠(yuǎn)區(qū)數(shù)據(jù)做2D反演。

圖3 大地電磁法剖面布置示意圖（紅色為斷面線）

2.2 成果翻譯及分析

圖4為測量綜合示意圖，整體來看，各電阻率斷面均呈現(xiàn)4個電性層。第一電性層為地表至海拔1160m以上，電阻率基本在20-40Ω·M之間，厚度約20-30m，推斷其為近地表覆蓋層引起，該層上部為回填土層，下部為第四系地層。第二電性層大體在海拔1130-1160m范圍內(nèi)，電阻率多小于20Ω·M，局部夾雜次高阻，厚度約30m，推斷該電性層為二疊系下統(tǒng)山西組地層引起，主要巖性為砂質(zhì)泥巖、泥巖，局部間夾中、粗砂巖、礫石。第三電性層為一相對高阻電性層，大體在海拔1030-1130m之間，厚度約100m，電阻率變化范圍40-160Ω·M，推斷為石炭系下統(tǒng)山西組地層，主要巖性由砂巖、砂質(zhì)泥巖、粘土巖、煤、灰?guī)r及鋁土質(zhì)泥巖組成，該層底部泥巖隔水性較好。；第四電性層為深部高阻電性層，推斷為奧陶系、寒武系以及更老的地層引起。

對出現(xiàn)異常點斷面說明如下：從h線反演電阻率斷面圖可以看出，在海拔1000m以下出現(xiàn)一陡傾的低阻帶，其兩側(cè)均為高電阻率，故推測此處有一隱伏斷裂，但該斷裂在其他剖面上均未顯示，推測該斷裂方向與剖面方向（東西向）小角度相交。

根據(jù)收集到的巖石電性資料可知，不同巖層具有不同的電性特征。黃土、泥巖的電阻率值較低；砂巖的電阻率值與其粒度呈正相關(guān)，粒度越大，電阻率值越高；采空區(qū)電阻率值遠(yuǎn)高于煤層和其他巖層，若采空區(qū)塌陷，形成冒落帶，其內(nèi)部充填松散物，電阻率值依然明顯高于周圍介質(zhì)，采空區(qū)積水以后，其電阻率大幅度降低，則明顯低于周圍介質(zhì)。從各反演電阻率斷面可以看出電阻率等值線規(guī)則，本次CSAMT勘察結(jié)果表明，地表至750m范圍內(nèi)無明顯采空區(qū)電性特征，故該場地地裂縫排除由采空區(qū)引起的可能性。

圖4 CSAMT測量綜合示意圖（從右至左依次為a～h）

3 滑坡勘察方案及結(jié)論分析

通過地形地貌宏觀分析（原始地形圖及衛(wèi)星歷史影像圖），結(jié)合地表巖層產(chǎn)狀調(diào)繪、沖溝分布特征等綜合確定該場地地裂縫可能由早期老滑坡形成時牽引張拉產(chǎn)生。

3.1 滑坡宏觀形態(tài)

根據(jù)原始地形圖及衛(wèi)星歷史影像圖初步分析，老滑坡具有明顯的滑坡地形地貌特征，整體呈三級臺階狀及緩坡臺地，滑坡后緣圈椅狀明顯，兩側(cè)界總體受坡面地勢低洼的沖溝控制，滑坡前緣坡體擠壓主溝（見圖5）。老滑坡平面形態(tài)基本呈“M”型，主滑動方向290°。后緣陡壁約35°～60°?；潞缶壠麦w及后緣緩坡平臺匯水面積較大，地表水沖蝕下切及入滲強烈。老滑坡橫寬90～130m，縱向長66～95m。

圖5 老滑坡形態(tài)衛(wèi)星影像圖（場地回填前）

3.2 鉆探孔布設(shè)及地裂縫類型判斷

為進(jìn)一步查明地裂縫是否為老滑坡滑動牽引形成，對老滑坡體布設(shè)3條斷面共10個鉆探孔。通過鉆探發(fā)現(xiàn)，巖芯中巖石層面傾角變化規(guī)律性明顯，滑動面位置較清楚，可見多處擦痕及光滑鏡面結(jié)構(gòu)面，擦痕及光滑鏡面結(jié)構(gòu)面傾角較大，約30°～50°，各鉆孔擦痕深度在16.3～23.1m之間。

鉆探資料顯示，老滑坡滑帶擦痕明顯，且坡體已發(fā)現(xiàn)部分牽引張拉裂縫，加之原始地貌及地層巖性具有產(chǎn)生滑坡的條件，結(jié)合地表巖層產(chǎn)狀調(diào)繪、沖溝分布特征、鉆孔中地層突變情況、軟弱層位置和原始地形圖及衛(wèi)星歷史影像圖等得出該場地裂縫是由老滑坡引起的判斷依據(jù)充分。

3.3 老滑坡結(jié)構(gòu)特征

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查及鉆孔揭示地層情況，老滑坡滑體物質(zhì)組成以黃土、強風(fēng)化泥質(zhì)砂巖、細(xì)砂巖、泥巖礫巖夾層為主，滑床以中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖、細(xì)砂巖為主，局部為強風(fēng)化泥質(zhì)砂巖、細(xì)砂巖。由于滑坡發(fā)生過滑動，滑體地層存在錯動現(xiàn)象。原始地貌下老滑坡滑體平均厚16m，自上而下分別為黃土、強風(fēng)化泥質(zhì)砂巖、細(xì)砂巖、泥巖礫巖夾層。場地回填后，滑體上部及前緣增加填土層，層厚0～25.9m。

老滑坡滑面位置依據(jù)鉆孔巖芯、工程地質(zhì)調(diào)繪結(jié)合工程地質(zhì)斷面分析綜合確定。老滑坡滑帶（面）后緣位于三級緩坡平臺與山坡陡緩交界處，滑帶處巖芯極破碎，大量細(xì)粒土充填，且滑帶位于水位線以下，含水量高。

3.4 老滑坡穩(wěn)定性分析

3.4.1 裂縫監(jiān)測

自地表發(fā)現(xiàn)多條裂縫開始，對地表裂縫寬度進(jìn)行監(jiān)測，共布設(shè)6個監(jiān)測點，采用游標(biāo)卡尺，統(tǒng)計裂縫寬0～18cm，無垂直錯動及水平變形，裂縫寬度無明顯變化（個別數(shù)據(jù)觀測值變小是由于施工機械經(jīng)過使觀測點產(chǎn)生波動），從地表裂縫監(jiān)測整體情況綜合判斷老滑坡處于穩(wěn)定狀態(tài)（見圖6）。

圖6 老滑坡地表裂縫監(jiān)測曲線

3.4.2 滑坡穩(wěn)定性評價

根據(jù)《滑坡防治工程勘察規(guī)范》（DZ/T0218-2006），采用基于極限平衡理論的折線型滑動面推力傳遞系數(shù)法對滑坡進(jìn)行穩(wěn)定性計算分析。本次對每塊滑體或潛在滑體取代表性斷面進(jìn)行穩(wěn)定性計算分析。

按擬建筑場地地面線，對場地建設(shè)完成后老滑坡坡體形態(tài)進(jìn)行簡化計算。從考慮滑體上部回填土的加載作用、但不考慮老滑坡前緣已回填土體作用時的計算結(jié)果（表1）看出，自然、暴雨及地震工況下，老滑坡處于不穩(wěn)定～基本穩(wěn)定狀態(tài)。

因滑帶土主要由含粉質(zhì)黏土的碎石土組成，其強度指標(biāo)φ值受土體滑動及含水狀況影響較小，C值受滑動及含水狀況不同影響較大，滑帶土參數(shù)根據(jù)坡體實際滑動情況及含水狀況不同進(jìn)行綜合取值。暴雨工況下，按重度增大1.0kN/m3、粘聚力降低1.0kPa和內(nèi)摩擦角減小1°進(jìn)行計算。

表1 老滑坡穩(wěn)定性分析計算表

但考慮到老滑坡前緣溝道已回填，經(jīng)計算，回填土提供的主動土壓力大于等于老滑坡自然工況下達(dá)到安全系數(shù)1.35時的所需設(shè)計推力（表2）。

表2 回填后滑坡穩(wěn)定性分析計算表

其中，主動土壓力按朗肯主動土壓力計算，填土重度按13.5kN/m3，考慮填土中含大量巖石碎塊，按無粘性土考慮，φ=20°。

綜上所述，根據(jù)GB50330-2013要求，考慮回填土體反壓作用后，其坡體穩(wěn)定系數(shù)滿足規(guī)范對永久一級邊坡的穩(wěn)定性要求（一般工況下Fst為1.35，地震工況下Fst為1.15），故不需對老滑坡坡體進(jìn)行專項加固治理。

4 結(jié)論

1）該場地裂縫通過地質(zhì)調(diào)查、場地原始地形圖、衛(wèi)星歷史影像圖、大地電磁測深法和場地鉆孔最終確定為重力式地裂縫，由場地回填前沖溝左岸的老滑坡前期滑動形成。

2）對地裂縫進(jìn)行監(jiān)測、計算和分析得出，該老滑坡現(xiàn)處于穩(wěn)定狀態(tài)，對工程建設(shè)不造成影響，不需進(jìn)行專項加固。

3）地裂縫為影響場地建設(shè)的地質(zhì)災(zāi)害之一，在進(jìn)行場地前期勘察時應(yīng)務(wù)必重視。在進(jìn)行高填方回填場地地裂縫勘察時，可以先根據(jù)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查、場地原始地形圖和歷史衛(wèi)星影像圖等手段進(jìn)行初步的判斷，再對地裂縫采用針對性的電磁法和鉆孔等方式的勘察，從而減少勘察資源浪費。