摘　要:将地裂缝作为弱面进行处理,然后以弹塑性理论为依据导出弱面的破坏准则,并以此为基础得出弱面对洞室产生剪切破坏时的最不利角度;同时根据弱面的倾角和弱面最不利角度计算出不同倾角的弱面的剪裂区位置和范围,以与西安市地铁Ⅰ号线相交的3条地裂缝为实例,计算出了剪裂区位置及塑性应力分布规律。

　　西安城区附近发育有11条地裂缝,其延伸覆盖面积极广,在西安地铁建设过程中不可避免会与这些地裂缝相互交错,这样势必会对洞室围岩的稳定产生影响,而在地裂缝区进行地铁建设在国内尚属首次,本篇论文将地裂缝作为土体中的弱面进行处理[1],分析其对地铁洞室的影响机理,从而确定地铁洞室与地裂缝相交部位的应力分布及剪裂区范围,为以后的施工提供参考依据。

　　1 区域工程地质环境

　　1 1区域地质构造背景

　　西安地处渭河盆地中部的西安断陷区的东南部位,由于拉张作用形成的第四纪西安断陷盆地中部断裂发育,近EW向、NE向-NEE向和NW向3组断裂把盆地分割成若干次级地块,西安地裂即发生在该区内。

　　研究区西起三桥,东至灞桥,南起曲江池,北至呼沱寨—施家寨一带。地理位置为东经108°49′00″～109°49′00″,北纬34°12′00″～34°19′30″。面积约288km2,主要位于西安市区。地形东南部高,西部和北部低。区内按地貌可分为东南部黄土塬,中部黄土梁与河流阶地,西部河流低阶地等3个地形阶梯,由东南向北西部逐渐降低。黄土塬塬面平缓,自然冲沟较发育,黄土梁洼相间,地形波状起伏;河流阶地地势开阔平坦,水系发育,沟区纵横。

　　其中临潼—长安断裂在区内较为活跃,是盆地内部控制西安断裂东部边缘的1条生长断裂。在临潼—长安断层的上盘发育了11条次一级反倾向的活动断层,统称为西安正断层组。它们相互平行、等距排列。在现代地裂活动之前,隐伏于1～7m人工填土和耕作层之下。西安正断层具有生长的特点,并在300m以上的地层内活动强烈。这组正断层及地裂缝对西安市政建设、工业与民用建筑、地下铁道及其他地下工程有较严重影响。

　　1 2　岩土体工程地质特征与水文地质条件

　　西安市区内没有基岩出露。第四纪松散土层分布较广,厚度大,与西安市的地铁工程建设有密切关系,从目前西安市地铁工程的利用来看,只限于地面以下数十米深的浅部。西安地区地下水主要分为潜水、浅层承压水与深层承压水。西安地裂缝主要分布在渭河二级、三级阶地以及黄土塬区,二级阶地潜水层为晚更新统冲积含水层,总厚度为20～30m,水位埋深5～10m,水量比较丰富;三级阶地潜水层为中更新统风积冲积含水层,总厚度为20～50m,水位埋深10～20m。从西安地区多年潜水位动态特征图上可以发现西安市城内及近郊基本上属于潜水位稳定区,由此看来,西安地裂缝的出现和活动与西安地区潜水位变化无关。因此,区内潜水对地铁工程建设的影响不大。

　　1 3　西安地裂缝的工程性质

　　在西安市及其郊区约150km2范围内,在临潼—长安断裂上盘,自南而北共发育了11条地裂缝(图1)[2],依次是:F1新开门地裂缝;F2陕西师范大学地裂缝;F3大雁塔地裂缝;F4小寨地裂缝;F5秦川机械厂地裂缝;F6和平门地裂缝;F7西北大学地裂缝;F8劳动公园地裂缝;F9八府庄地裂缝;F10辛家庙地裂缝;F11井上村地裂缝。

　　(1)地裂缝活动具有三维活动性,即垂直方向的差异运动,水平NNW向的引张运动和水平NEE方向的扭动,但以正断层运动为主,差异沉降速率大,变化范围0～52 5mm/a;水平引张次之,0～10mm/a;水平扭动最小,并且三维活动趋势基本一致[3]。

　　(2) 地裂缝运动机制是蠕滑—粘滑型的,在历史上是长期缓慢的静态蠕滑,但也伴随多期跳动滑移,直至突然产生错动的粘滑。

　　(3) 地裂缝活动强度的差异性:一般而言,南郊强,F6、F7、F8活动程度较大,北郊弱。同一条地裂缝上,东段、中段活动性最大,西段活动强度小。如F6南、中段一般为2 18～3 44mm/月,而西段为1 2～1 9mm/月。

　　(4) 地裂缝活动的周期性:西安地裂缝历史上即有活动期,又有平静期,呈现一定的周期性,这与断层的

[1] [2] [3] 下一页