典型黄土阶地三类场地的隐伏地裂缝识别探讨.pdf

文章编号：1007-2993（2023）04-0428-05典型黄土阶地三类场地的隐伏地裂缝识别探讨典型黄土阶地三类场地的隐伏地裂缝识别探讨王鑫李小刚丁小强王亚辉（陕西天地地质有限责任公司，陕西西安710054）【摘要】西安地裂缝因过量开采地下水、产生不均匀沉降而发育。其中，三类场地属于隐伏地裂缝发育区域。通过地质调查、工程地质钻探等手段，对典型黄土地层三类场地隐伏地裂缝进行调查及识别，确定了地裂缝的位置和走向。结果表明该段地裂缝与西安地区已探明的 F3地裂缝高度拟合，建议工程建设中合理选择避让距离。研究可为西安地区典型黄土三类场地地裂缝勘察提供借鉴。【关键词】地裂缝；黄土地层；地质灾害；地裂缝发育；地质钻探【中图分类号】TU 435；P 642 【文献标识码】Adoi:10.3969/j.issn.1007-2993.2023.04.009Discussion on Identification of Hidden Ground Fissures in Type Typical Loess Terrace SitesWang XinLi XiaogangDing XiaoqiangWang Yahui(Shaanxi Tiandi Geology Co.,Ltd.,Xian 710054,Shaanxi,China)【Abstract】Xian ground fissures are developed due to excessive exploitation of groundwater and uneven settlement.Amongthem,the type site belong to the development area of hidden ground fissures.The existence of hidden ground fissures in type sitein typical loess stratum was investigated and identified by means of geological survey,engineering geological drilling and other means,and the location and trend of ground fissures were determined.The results show that the ground fissure in this section matches the F3ground fissure that has been proved in Xian area.It is suggested that the avoidance distance should be reasonably selected to preventeconomic losses.Through the investigation of the ground fissures and the study of the engineering geological characteristics,it canprovide a reference for the investigation and exploration of the ground fissures in type typical loess sites in Xian area in the future.【Key words】ground fissures；loess strata；geological disaster；ground fissure development；geological drilling 0 引言我国地裂缝分布广泛，活动剧烈，对城市工程建设及环境造成严重影响，直接影响城市规划、土地有效利用和生产生活，是工程建设关注的地质灾害类型13。西安城区是我国地裂缝最为广泛的地区之一，区内地裂缝分布高达 14 条，近东西展布，横贯全城。根据场地勘探标志层的不同，西安地区地裂缝场地可以分为一类、二类、三类46。地表破裂为一类场地的勘探标志层，上更新统和中更新统红褐色古土壤为二类场地的勘探标志层，不符合一类、二类场地条件的地裂缝场地均属于三类场地78。其中，三类场地地裂缝具有两个明显的工程地质特征：一是隐蔽性强，没有明显的标志层；二是多处于隐伏状态，地表活动迹象少。目前，此类地裂缝的识别手段主要是工程地质钻探或人工浅层地震。但西安城区内浅层人工地震勘探受到施工条件的限制，更多采用工程地质钻探。对于此类地裂缝的识别，多依据中更新统河湖相（Q2l）地层的沉积旋回、地层错断及沉积特征等综合研判，即当场地内发育隐伏地裂缝时，上更新统底部和中更新统冲积地层被错断，表现为地裂缝南盘（上盘，S 盘）地层相对下降，北盘（下盘，N 盘）地层相对抬升6。相较于主城区范围内地裂缝的研究，城区外区域地裂缝特征与展布尤其是三类场地隐伏地裂缝的地质调查还有待进一步开展6。基于此，以陕西省西安市城区外某区域典型黄土地层场地为对象，采用地质调查、工程地质钻探等综合手段，调查了场地周边地裂缝的活动特征和发育特征，获取了该区域地裂缝空间分布，对区域内三类场地地裂缝特点进行识 作者简介：王鑫，男，1983 年生，山西运城人，硕士，高级工程师，研究方向为岩土工程技术、地质灾害防治。E-mail： 第 37 卷第 4 期岩土工程技术Vol.37 No.42023 年8 月Geotechnical Engineering TechniqueAug，2023别分析，为该区域工程建设及黄土地层三类场地的隐伏地裂缝识别提供借鉴。1 研究区地质特征 1.1 西安地裂缝现状与活动特征西安市位于渭河盆地东南隅，该盆地夹持于鄂尔多斯地块与秦岭断隆之间，是典型的断陷盆地。西安即位于盆地中部两个次一级构造单元西安断陷与骊山断隆的交接部位，分别被渭河断裂、临潼长安断裂、皂河断裂和浐河断裂所切围。西安地区构造、地貌以及地裂缝走向如图 1 所示。活动正断层渭河断裂断裂皂河断裂浐河断裂河流阶地,数字为陡坎高度(m)黄土梁地裂缝及编号黄土台塬临潼长安012 kmN 图 1 西安地区构造、地貌略图 西安地裂缝主体属“正断层型”活动，表现为垂直错位作用，南盘相对下降，北盘相对上升。活动方式主要为蠕动，地层错距随地层年代的不断增加而持续增加5,6,9。西安城内的地裂缝是先后零星发现，发育在特定的构造地貌部位。西安城区的地裂缝总体走向 NE7080，地裂缝向东西两侧延伸，东过灞河，西过皂河8。西安地裂缝的典型剖面特征如图 2所示。根据收集的西安市地裂缝勘察成果，从该场地西南及东北两侧通过的地裂缝为 F3地裂缝，按其走向推测，F3地裂缝呈 NEE 向通过本场地北部。沿该地裂缝 NEE 走向进行追索，其附近房屋、地面等均未发现裂缝、错台等破坏迹象。上述结果表明，该F3地裂缝在地段活动较弱，破坏不明显，在拟建场地目前尚未见破坏迹象，呈隐伏状。1.2 研究区工程地质条件西安某区域位于西安灞桥区灞河东路东侧，西临高速以南、绕城高速以西地区。场地地形平坦，地面标高 400.11400.63 m。地貌单元属灞河一级阶地。据勘探揭露，除表层耕土（Q4ml）外，构成场地地层自上而下依次为第四系全新冲积（Q4al）黄土状土及卵石，上更新统洪积（Q3pl）粉质黏土及卵石，中更新统湖积（Q2l）粉质黏土及卵石（见图 3）。标高/m勘探孔 1勘探孔 2 勘探孔 3 勘探孔 4勘探孔 5耕土耕土黄土状土黄土状土卵石卵石卵石卵石卵石卵石卵石卵石粉质黏土粉质黏土粉质黏土粉质黏土粉质黏土400390380370360350340330320 图 3 研究区域内地层典型剖面图 根据钻探揭露，拟建场地勘察深度内遇地下水，勘察期属平水期,主要接受大气降水及地表水渗入补给，排泄方式以蒸发、径流为主。按含水介质和埋藏条件，西安地区地下含水层可分为松散岩类孔隙潜水、浅层承压水和深层承压水，其中上部潜水含水层埋深小于 50 m。量测的地下水稳定水位埋深 37.538 m，地下水属潜水类型。2 地裂缝的识别 2.1 地裂缝初步勘察根据西安地形地貌及地层沉积特征，结合研究区内场地的地质资料、场地内建筑布置情况对本区域周边地裂缝的分布规律、走向和场地附近地裂缝的分布情况进行分析，得知西安 F3 地裂缝延伸线横穿研究区场地。沿本场地西北东南走向布置一条与 F3 地裂缝垂直的地质勘探线 0-0，如图 4 所示。区域位置如图 1 所示。根据相关规范要求，共布置钻孔 11 个，钻孔间距 80 m。初步勘察可初步查明本区域隐伏地裂缝可能发育的位置、区域及走向。下盘上盘倾角倾角一类标志层二类标志层三类标志层Q4ml 耕土Q3eol 黄土Q3eol 黄土Q2eol 黄土Q2eol 黄土Q2el 古土壤Q2el 古土壤Q2el 粉质黏土Q2el 粉质黏土Q3el 古土壤Q3el 古土壤 图 2 西安地裂缝剖面特征图王鑫等：典型黄土阶地三类场地的隐伏地裂缝识别探讨4290北D2D3D5建筑边线D6D7D8D9D10D110地裂缝 F3 延伸线80 m 图 4 地质勘探线 0-0布点图 钻探剖面图如图 5 所示，其中 D1 到 D11 的钻孔深度均小于等于 80 m，符合规范要求。根据勘探揭露情况，N 盘土层到土层自上到下的土层类型和 S 盘土层 I 到土层自上到下的土层类型基本一致，但是部分土层的厚度和深度不同。标高/m水平间距/m400D1N 盘黄土状土 Q4al黄土状土 Q4al耕土 Q4ml耕土 Q4ml卵石 Q4al卵石 Q4al卵石 Q21卵石 Q21卵石 Q21卵石 Q3pl卵石 Q2l粉质黏土 Q21粉质黏土 Q3pl粉质黏土 Q3pl卵石 Q31粉质黏土 Q21粉质黏土 Q21S 盘335D2D3D4D5D6D7D8D9D10D1139038037038.0038.0037.3063.9073.2044.4052.8061.6064.40360350340330104.766.8774.7187.5079.9979.9980.0080.0079.9980.0019.5 图 5 地质勘探线 0-0钻探剖面图 中更新统湖积地层（Q2l）的地裂缝 N 盘与 S 盘在沉积韵律上出现明显差异，土层厚度差异及错断非常明显。N 盘的土层卵石（Q3pl）为杂色，稍湿，密实。以亚圆形及圆形为主，磨圆度较好，一般粒径 35cm，最大粒径 10 cm，孔隙以圆砾、中粗砂充填，级配良好，在场地内分布均匀。S 盘土层卵石（Q3pl）与N 盘的土层卵石（Q3pl）的土层厚度与埋深均一致。土层的错断从 N 盘的土层和 S 盘的土层卵石（Q2l）发生明显变化。从钻探剖面可看出，N 盘的土层粉质黏土（Q2l）与 S 盘的土层粉质黏土（Q2l）的错断为 19.5 m。N 盘的土层粉质黏土（Q2l）从钻孔 D1 到 D6土层厚度从 20 m 到 6.4 m，逐步递减。S 盘的土层卵石（Q2l）从钻孔 D7 到 D11 土层厚度从 26.6 m 到18.0 m 递减，呈现不规律分布。从图 3 可以看出，N盘的土层卵石（Q2l）、土层粉质黏土（Q2l）在相应深度处于 S 盘土层卵石（Q2l）、粉质黏土（Q2l）、卵石（Q2l）发生明显错断。从图 5 揭露的土层错断情况分析可知，在钻孔D6 和 D7 之间地层出现异常。南侧地层下降，北侧地层上升。根据西安地裂缝场地勘察与工程设计规程7，埋藏深度 4080 m 的中更新统河湖相地层为判定三类地裂缝场地的标志之一。场地内土层粉质黏土（Q2l）层、土层卵石（Q2l）层、土层粉质黏土（Q2l）层的错断特征非常明显。土层粉质黏土（Q2l）层为中更新统湖积（Q2l）粉质黏土，图 3D6 钻孔揭露的错断位置厚 6.4 m。由此认定土层粉质黏土（Q2l）层为该场地存在三类地裂缝场地的标志层。根据图 4 布点勘探揭露初步判定，西安某区域的三类场地地裂缝存在于钻孔 D6 和 D7 之间。场地的中更新统湖积（Q2l）地层地裂缝的 N 盘与 S 盘在沉积韵律上出现明显差异，N 盘（下盘）砂类土沉积层多且厚，S 盘（上盘）砂类土沉积层少且薄，连续分布，沉积韵律不够协调。需采取详细勘察手段，进一步确定本区域的三类场地地裂缝具体位置及走向。2.2 地裂缝详细勘察依据本区域的三类场地地裂缝位置，结合现场实际进一步确定地裂缝走向及具体位置。平行勘探线 0-0沿西北东南走向再布置勘探线 01-01，2-2，3-3，4-4，5-5，6-6等 6 条勘探线（见图 6）。23D5DA1DB1DC1DD1DE1DE3DE5DD3DD5DC3DF4DF5DC4DC2DD4DE4DE2DD2DB3DB5DB4D7DB2DA4DA3DA5DA2230-14560D8DF3DC5D60-10456北40 m 图 6 西北东南向 6 条地质勘探线布置图沿地质勘探线 0-0的走向在钻孔 D6 和 D7 之间布置地质勘探线 01-01，再先后布置勘探孔 DF3、430岩土工程技术2023 年第 4 期DF4、DF5。勘探线 01-01的剖面如图 7 所示。在土层错断位置处，同一土层的厚度变化不大，但 N 盘与S 盘的地层发生明显错位和突变。土层错断发生在钻孔DF4 和DF5 之间，两钻孔距离为8.61 m，k10 m。标高/m水平间距/m400D6D7DF4DF5DF3黄土状土 Q4al黄土状土 Q4al耕土 Q4ml耕土 Q4ml卵石 Q4al卵石 Q21卵石 Q21卵石 Q21卵石 Q21卵石 Q3pl卵石 Q4al粉质黏土 Q21粉质黏土 Q3pl粉质黏土 Q3pl卵石 Q31粉质黏土 Q21粉质黏土 Q2139038037036035034033032035.758.6110.8624.75 图 7 勘探线 01-01钻探剖面图 类比勘探线 01-01分析的方法，可以得出 2-2，3-3，4-4，5-5，6-6等另外 5 条地质勘探线的异常点位位置 DA3、DA5，DB3、DB5，DC5、DC4，DD5、DD4和 DE5、DE4。选取典型勘探线 6-6的地质钻探剖面（见图 8）。土层错断面位于 DE5 和 DE4 之间，点DE5 与点 DE4 之间的距离为 7.61 m，k10 m。可见，在布置多条地质勘探线过程中，需要加密布点。先大间距布孔，再逐步缩小钻孔距离。在钻探取样过程中，遇标志层粉质黏土（Q2l）层埋深异常（见图 8）。钻孔 DE2 和 DE3 之间地层产生异常错断，但是两点距离为 29.93 m，需要进一步加密钻探，再布置加密钻孔 DE4 和 DE5，二者之间距离为 7.61 m，并且两个钻孔之间产生地层异常，即可终止钻探。标高/m水平间距/m400DE1DE3DE5 DE4DE2黄土状土 Q4al黄土状土 Q4al耕土 Q4ml耕土 Q4ml卵石 Q4al卵石 Q21卵石 Q21卵石 Q21卵石 Q21卵石 Q3pl粉质黏土 Q21粉质黏土 Q3pl粉质黏土 Q3pl卵石 Q31粉质黏土 Q21粉质黏土 Q2139038037036035034033032043.839.387.6112.94卵石 Q4al 图 8 勘探线 6-6钻探剖面图 从本次地质钻探可以看出，终止孔间距 7.619.63 m，钻孔间距 7.6143.83 m，孔深均为 80.0 m，共完成钻孔 30 个。另外，在本区域场地 2 km2范围内进行了工程地质调查。对图 4 布置的 6 条勘探线钻探剖面土层取样分析，结合坐标控制点位置，得出布置的 6 条勘探线的异常点位，如表 1 所示。可进一步确定本区域的三类场地地裂缝具体位置及走向。表 1 地质勘探异常位置点剖面线异常位置孔距/m地下水位情况地面位置勘探误差k/m2-2DA3、DA59.63未见DA310.03-3DB3、DB59.53未见DB310.001-01DF4、FB58.61未见DF410.04-4DC5、DC48.49未见DC510.05-5DD5、DD48.88未见DD510.06-6DE5、DE47.61未见DE510.0 根据表 1 中异常位置点数据，绘制异常位置点走向线。N 盘的走向线 8-8和 S 盘的走向线 9-9见图 9。可以看出，两条线的走向为西南东北走向，与西安已探明的地裂缝的走向基本一致。0D534562DA1DA5DA3DA4DB2DB4DB3DB5DF4DF5DF3D8DA28923456980DB1DC1DD1DE1DE3DD3DD5DC3DC5DC4DD4DE5DE4DE2研究区地裂缝确定线北DD2DC2D6D70-10-140 m 图 9 西安某场地异常位置点西南东北走向图 3 三类场地地裂缝的确定 3.1 成果分析根据地质调查和地质钻探结果可知，N 盘的土层卵石（Q3pl）以下为粗细粒相沉积旋回不对称土层粉质黏土（Q2l），本土层为标志层。并由土层粉质黏土（Q2l）确定地面的异常位置点，见表 1、图 7。根据图 7 的异常位置点走向线，结合表 1 结果以及图 3、图 5 和图 6 的地质勘探剖面地层分布情况，场地 N 盘的勘探线 8-8和场地 S 盘的勘探线 9-9之间地裂缝细粒相带明显不对称，整体错断明显。根据初步勘察和详细勘察阶段布置的共 7 条勘探线的钻探结果，结合图 3、图 5 和图 6 的勘探剖面地层分布情况，该场地的错动为南东盘下降、北西盘上升的正断层。存在的勘探相对标志层为埋藏深度38 m 的中更新统河湖相地层。根据现场地质调查可知，该地裂缝在地段活动较弱，破坏不明显，在拟建场地目前尚未见破坏迹象，王鑫等：典型黄土阶地三类场地的隐伏地裂缝识别探讨431呈隐伏状，异常位置点错断线走向呈 NEE 向从该场地南部通过。3.2 地裂缝的确定根据图 9 确定的地面异常位置点，推测的场地地裂缝勘察异常位置点的坐标如表 2 所示。地质勘探误差k=10 m 的区间内，确定的 N 盘地面异常点位分别为 DA3、DB3、DF4、DC5、DD5 和 DE5。表 2 场地地裂缝勘察成果推测地裂缝地面点编号坐 标/m勘探精度修正值k/mXYDA313774.87725114.80510.0DB313808.48925157.53610.0DF413838.70225201.08010.0DC513861.28725243.47010.0DD513882.56625286.49710.0DE513902.18925327.78610.0 结合初步勘察阶段 D6 和 D7 之间发现的土层错断，以及详细勘察确定的勘探线 8-8和 9-9，以 N盘确定的异常位置点为准，连接点 DA3、DB3、DF4、DC5、DD5、DE5 绘制出地裂缝的走向线，如图 10 所示。由此确定出本区域存在的三类场地地裂缝位置及走向。北66542101540021DA3DA1DB1DF4DF3DF5DC5DC1DC3DC4DC2DD2DD4DD3DD5DD1DE5DE3地裂缝 f3DE4DE1DE2D6DB3DB5DB4D7DA5DA4DA2DB240 m 图 10 西安某区域存在的三类场地地裂缝走向线 综合分析可知，该地裂缝贯穿本场地，与西安F3 地裂缝走向和位置有较高的拟合度。综合该区段地裂缝资料，该地裂缝产状走向近 NEE，倾向近 ES，倾角为约 80。可确定该场地存在西安 F3 地裂缝。4 建议措施在本场地的工程建设过程中，由于其地面位置是根据土层卵石（Q3pl）层以下的粗细粒相沉积旋回不对称推测至地面得出，在工程建设过程中应确定建筑物合理避让距离1011，综合考虑勘探精度修正值k 为 10 m。在本次调查查明的三类地裂缝两侧应做好防水、排水措施，以免加剧地裂缝的发展；靠近地裂缝两侧的建（构）筑物应加强地基处理及结构刚度。本区域内应严格控制承压水的开采1213，禁止违规凿井。5 结论（1）通过地质调查、地质钻探等手段，确定了西安某区域三类场地地裂缝的位置和走向，该场地发育有南东盘下降北西盘上升的地裂缝，符合西安地裂缝 F3 的空间展布特征。（2）区域内的三类地裂缝活动较弱，地表无显示，呈隐伏状，倾向东南，倾角约 80，在拟建场地目前尚未见破坏迹象。（3）工程建设中应按照规定的避让距离合理规划建设场地，避免因地裂缝发展而造成损失；同时需加强地基处理及结构强度。参考文献 张玉玺.西安地裂缝三类场地勘察方法在地铁勘察中的应用J.铁道勘察，2015，41（1）：65-67.1 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