地裂缝形成原因较多,其中地壳运动、水的作用和人类工程活动是产生地裂缝的主要因素。根据地裂缝形成的动力条件不同,常分为内动力作用形成的构造地裂缝和外动力作用形成的非构造地裂缝。①构造地裂缝,由于地壳构造运动引起,直接或间接在基岩或土层中产生开裂变形。如断层的缓慢滑动或快速滑动可形成地裂缝,地震的破裂效应也可形成地裂缝,褶皱构造作用和火山活动也可产生地裂缝。②非构造地裂缝,崩塌、滑坡及地面沉降等灾害等发生时,可引起地裂缝;此外,矿区塌陷、岩溶塌陷或组成地层特殊土的物理、化学性质改变也会引发地裂缝。
地裂缝成因分类类别 | 主导因素 | 动力类型 | 种别 |
非 构 造 地 裂 缝 | 人类工程活动 | 次级重力、动荷载 | 采空区塌陷引发的地裂缝 |
油、水开采引发的地面不均匀沉降导致的地裂缝 |
人为滑坡、崩塌引发的地裂缝 |
地面负重下沉引发的地裂缝 |
强烈爆炸或振动引发的地裂缝 |
自然外营力作用 | 特殊自然力 | 膨胀土变形引发的地裂缝 |
黄土湿陷引发的地裂缝 |
冻土和盐丘变形引发的地裂缝 |
干旱引发的地裂缝 |
自然重力作用 | 陷落引发的地裂缝 |
自然滑坡、崩塌引发的地裂缝 |
地震次生灾害引发的地裂缝 |
构 造 地 裂 缝 | 自然内营力作用 | 断层活动 | 地震构造引发的地裂缝 |
断层缓慢滑移引发的地裂缝 |
基底构造作用 | 基底伸展构造引发的地裂缝 |
区域微破裂开启 | 土层构造节理引发的地裂缝 |
喀斯特陷落引发的地裂缝 |
地裂缝在世界范围内广泛分布,如美国、中国、加拿大、墨西哥、意大利、新西兰、俄罗斯等国家均出现过不同规模地裂缝活动。中国地裂缝主要集中分布于汾渭盆地、华北平原和大苏锡常地区(见图)。
中国地裂缝主要分布区域示意图
地裂缝的发育具有一定方向性与延展性。在同一地区发育的地裂缝常沿一定方向延伸,且多条地裂缝延伸方向也大致相同,在平面上一般表现为直线状、雁行状、锯齿状或条带状分布,在剖面上多表现弧形、V形或放射状。
地裂缝具有非对称性和不均一性:①地裂缝的表现形式有主次之分。裂缝两侧相对差异沉降为地裂缝的主要表现形式,而裂缝两侧水平拉张和错动是地裂缝的次要表现形式。②地裂缝的灾害效应呈非对称和不均一性。具体表现为地裂缝引起的灾害强度在横向上由主裂缝向两侧逐渐减弱,地裂缝两侧的致害的影响范围以及对建筑物的破坏程度往往也具有明显的非对称性。同一条地裂缝的不同部位其活动强度及破坏程度也显示出不均一性。平面上,在地裂缝转折和错列地方相对较重。剖面上,自下而上,其危害程度逐渐加强,在地表浅部十几米深的范围内,其累计破坏效应最为突出。
地裂缝灾害的发展具有渐进性。随着引发地裂缝因素的进一步发展,裂缝灾害效应逐渐增加。
地裂缝活动具有周期性。因大多数地裂缝是由区域构造运动或人类工程活动引起,因此,往往在时间序列上表现出与构造运动或人类工程活动一致的周期性。
地裂缝常常造成地表建筑(构)筑物开裂、破坏地面及地下设施、引起农田漏水。
对于崩塌、滑坡产生的地裂缝,可采用工程措施对崩塌或滑坡进行防治。对于地下水开采引发的地裂缝,可优化或控制地下水开采。对于黄土湿陷引起的地裂缝,可防止水雨和工业、生活用水的直接下渗和冲刷。对于矿井开采引发的地裂缝,一方面需要控制开采范围,另一方面,需要增多或增大预留保护柱,防止矿井坍塌。自然成因形成的地裂缝,要加强区域调查和研究,开展地裂缝易发区的区域评价,根据评价结果开展防治。