工程地质分析原理课程设计报告.docx

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工程地质分析原理课程设计报告

工程地质分析原理课程设计报告

设计题目：

论西安地裂缝的工程地质特征

专业地质工程

班级地质0901

学号**********

学生姓名***

指导教师***教授

设计时间2012.6生产实习

一、概述

地裂缝是地表岩土体在自然因素和认为因素作用下，产生开裂并在地面形成一定长度和宽度裂缝的现象。

地裂缝一般产生在第四系松散堆积物中，与地面沉降不同，地裂缝的分布没有很强的区域性规律，成因也很多样。

地裂缝的特征主要表现为发育的方向性、延展性和灾害的不均一性与渐进性。

地裂缝的形成是指强烈地震时因地下断层错动使岩层发生位移或错动，并在地面上形成断裂，其走向和地下断裂带一致，规模大，常呈带状分布。

地裂缝是一种独特的城市地质灾害，自50年代后期发现，1976年唐山大地震以后活动明显加强，特别是进入80年代以来，由于过量抽汲承压水导致的地裂缝两侧不均匀地面沉降进一步加剧了地裂缝的活动，地裂缝所经之处，地面及地下各类建筑物开裂，破坏路面，错断地下供水、输气管道，危及一些著名文物古迹的安全，不但造成了较大经济损失，也给居民生活带来不便。

在中国发育的各类地裂缝中，除地裂缝和基底断裂活动裂缝外，其他各类均能人为地加以控制和防御，甚至避免和根除。

而对地震裂缝和基底断裂活动裂缝，目前的技术手段还难以抗御。

改善人类活动和一些治理措施只能起到一定的减轻作用。

在目前的技术水平和认识状况下，各类工程建筑绕、避这类裂缝区段，是一种最为有效的减灾措施。

如地裂缝灾害严重的西安市，制订了“地裂区建筑场地勘察设计暂行条例”，规定各类建筑物按其类型和重要程度在地裂缝两侧各避让一定的距离，这对减轻西安的地裂缝灾害起了重要的作用。

1.1课程设计的目的和意义

学习《工程地质分析理原理》课程后，以工程地质问题实例进行工程地质分析和设计。

简述基本工作思路。

1.2课程设计的基本要求

1.完整性：

内容、体系完整、前呼后应

2.多样性：

形式、编排多样、不拘一格

3.创新性：

思路、观点新颖、见解独到

1.3课程设计的基本工作思路（如下步骤）

1.绘制西安的地形图及相关数据

a.西安地裂缝的地质背景

2.资料收集

b.西安地裂缝的形态与特征

3.工作方式:

地球物理勘探等方法,获取地裂缝相关数据

4.确定勘探精度修正值来评估施工

a.防治措施

5.治理措施

b.场地勘察

6.结论叙述预防地裂缝对人类生产活动和工程建筑的影响

一、西安地裂缝的地质背景

2.1自然地理及气象条件

西安市位于黄河流域中部关中盆地，东经107.40度～109.49度和北纬33.42度～34.45度之间。

东以零河和灞源山地为界，与华县、渭南市、商州市、洛南县相接；西以太白山地及青化黄土台塬为界，与眉县、太白县接壤；南至北秦岭主脊，与佛坪县、宁陕县、柞水县分界；北至渭河，东北跨渭河，与咸阳市区、杨凌区和三原、泾阳、兴平、武功、扶风、富平等县（市）相邻。

辖境东西长约204公里，南北宽约116公里。

面积9983平方公里，其中市区面积1066平方公里。

西安地理交通图

气候属暖温带半干旱、半湿润大陆季风气候，一年四季分明，其特点是冬干旱，秋多雨，夏有伏旱，形成旱涝不均的气候特征。

多年平均气温13.3摄氏度，极端高启文45.2摄氏度。

年平均降水量586.1mm，最大903.2mm，最小285.2mm，降水量由南向北递减。

多年平均蒸发量1562mm，由西南向东北递增。

市内河流主要有渭河、浐河、沣河等。

2.2地形地貌

西安市的地质构造兼跨秦岭地槽褶皱带和华北地台两大单元。

距今约1.3亿年前燕山运动时期产生横跨境内的秦岭北麓大断裂，自距今约300万年前第三纪晚期以来，大断裂以南秦岭地槽褶皱带新构造运动极为活跃，山体北仰南俯剧烈降升，造就秦岭山脉。

与此同时，大断裂以北属于华北地台的渭河断陷继续沉降，在风积黄土覆盖和渭河冲积的共同作用下形成渭河平原。

西安市境内海拔高度差异悬殊位居全国各城市之冠。

巍峨峻峭、群峰竞秀的秦岭山地与坦荡舒展、平畴沃野的渭河平原界线分明，构成西安市的地貌主体。

秦岭山脉主脊海拔2000米～2800米，其中西南端太白山峰巅海拔3867米，是大陆中部最高山峰。

渭河平原海拔400米～700米，其中东北端渭河河床最低处海拔345米。

西安城区便建立在渭河平原的二级阶地上。

2.3地层岩性（如表格所示）

2.4地质构造

2.4地质构造

西安地处渭河盆地的构造基础是新生代地堑，它是汾渭地堑的西半部分。

盆地南缘是秦岭地槽褶皱带，北缘是鄂尔多斯地块，分别以深大断裂与盆地相嵌。

秦岭褶皱带经历多次多期构造运动后，于中生代印支-燕山运动时期发生大规模岩浆侵入，同时快断隆起，中生代末渭河盆地的北侧初具雏形。

喜马拉雅山运动时期，秦岭快断再度强烈掀起，渭河盆地家居陷落，差异运动十分明显，秦岭北陡南缓的地貌景观已定形。

鄂尔多斯地块为华北地块的一个构造单元，中生代初形成大型陆相盆地，中生代末期整体抬升，地块南缘的深断裂活动强烈。

新生代以来，它有继承性上升运动为主，古生代的煤系地层和中生代砂页岩上覆盖着新生代三趾马红土及巨厚的黄土，形成了黄土高原。

南部边缘的快断活动。

形成北山山地，=构成现今渭河盆地的北界。

西安地区地质构造略图

2.5水文地质条件

根据地下水埋藏条件及水力性质，结合开发利用实际，将区内含水层划分为第四系松散岩类孔隙水和第三系岩屑类裂隙孔隙水。

（1）第四系松散岩类孔隙水，以开采段深度约60-70m的作为潜水含水层底板，承压水含水岩组底界埋深定位300m左右。

（2）第三系岩屑类裂隙孔隙水，该层孔隙裂隙水主要用于采暖、洗浴等。

由于十几年来超量开采，出现区域性降落漏斗，并且出现不同程度的地沉降。

三、西安地裂缝的形态与特征

3.1西安主要地裂缝的分布状况

1.陕西师范大学-陆家寨地裂缝带　西起潘家庄，途经长延堡、陕师大、西安植物园、岳家寨、东至陆家寨。

出露总长度3.32km，总体走向NE70°，总体倾向南，倾角70°-80°，其西段潘家庄至长延堡地段地裂缝倾向北，发育带宽度可达140m。

2.大雁塔-北池头地裂缝带　　西起唐家村，途经含光路、长安路、大雁塔，东至北池头村。

整条地裂缝贯通较好，出露总长度5.12km，总体走向NE85°，倾向南，倾角80°。

发育带宽度可达30m。

3.陕西宾馆-小寨地裂缝带　　沿乐游塬黄土梁南侧发育，西起陕西宾馆，途径木塔寨、丁白村、小寨、后村、铁炉庙，东至纺地裂缝织城国棉六厂。

陕西宾馆至万寿路南段地裂缝连续出露，总长度为12.80km，总体走向NE75°。

倾向南，倾角84°，发育带宽度可达55m，活动强烈，致灾严重。

陕西钢厂至国棉六厂段为隐伏和推测地裂缝。

　4.沙井村-秦川厂地裂缝带　沿交通大学黄土梁南侧发育，呈NE80°展布。

西起沙井村，经西斜七路过街天桥、南二环立交桥、冶金学院北院、铁路分局、微波厂、秦川厂，东到纺织城国棉四厂北。

沙井村至秦川厂段，出露总长度11.38km，地裂缝连贯性好，走向变化较大，局部走向NE45°-SE65°，主地裂缝南倾，倾角75°-80°，其西段次级地裂缝在含光路至西斜七路过街天桥段为北倾。

发育带宽度35-70m，活动强烈，致灾严重。

秦川厂至国棉四厂段为隐伏和推测地裂缝。

　5.黄雁村-和平门地裂缝带　沿南稍门、古迹岭、动物园一线的黄土梁南侧发育，走向大致为NE70°。

西起甘家寨、途径黄雁门、南稍门、西安煤矿设计院、兴庆公园、西光厂家属区、黄河纸箱厂，东至灞河热电厂。

出露总长度10.40km，地裂缝倾向南，倾角72-80°。

发育带宽度55-110m。

东段活动强烈，致灾严重。

　6.西北大学-西光厂地裂缝带　　沿槐芽岭黄土梁南侧发育。

西起东桃园，经劳动南路、西北大学、甜水井、中山门、西京医院，东到西北光学仪器厂，出露总长度5.38km，总体走向NE30°，倾向南，倾角85°。

发育带宽度24-55m。

活动中等，西北大学附近破坏较严重。

　7.劳动公园-铁路材料总厂地裂缝带　　沿劳动公园黄土梁南侧发育。

西起兰空干休所，经劳动公园、无线电十一厂玉祥门南、莲湖公园、城墙东北角，东至铁路材料总厂。

断续出露，总长度4.35km，总体走向NE75°，发育带宽度15-45m。

在城区东、西两段活动较强，致灾严重。

　8.红庙坡-八府庄地裂缝带　　沿龙首塬黄土梁南侧发育。

西起星火路，经红庙坡、西安味精厂、八府庄水泥制管厂，东到秦孟村。

出露总长度9.90km。

总体走向NE80°，倾向南，倾角86°。

发育带宽度44-60m。

由西往东活动逐渐加强，破坏程度严重。

　9.大明宫-辛家庙地裂缝带　　沿光大门黄土梁南侧发育。

西起大明宫遗址，经西安耐火材料厂、陕西重型机械厂福利区、辛家庙北村、东至新房村。

出露总长度4.00km。

总体走向NE75°，倾向南，倾角75°。

发育带宽度达15m。

辛家店附近地裂缝活动强烈，致灾严重。

　　方新村-井上村地裂缝带　　　位于光大门黄土梁上，西起方新村，东至井上村，全长0.8km，总体走向NE80°，发育带宽度达3m。

地裂缝活动强度及致灾程度微弱。

　上述11条地裂缝带出露总长度70.57km，延伸总长度114.87km。

西安地裂缝平面分布

3.2简述地裂缝成因

目前主要有两种不同的见解，一种见解是把西安地裂缝活动的根源归结为构造运动，称为“构造说”；另一种见解是把西安地裂缝活动的根源归结为地下承压水的过量开采，称为“水成说“。

3.3地裂缝类型

地裂缝按其形成的动力条件可分为两大类：

内动力形成的构造地裂缝，有很多类型;非构造性，即在外动力作用下形成的。

1.构造地裂缝

其多数由断裂的缓慢蠕滑或快速黏滑而形成的，褶皱作用和火山作用都可以形成地裂缝。

西安地裂缝根据前面的“构造说”就可以很好地解释。

2.非构造地裂缝

这种地裂缝常伴随崩塌、滑坡及地面沉降等灾害而发生，西安地裂缝的“水成说”就很好解释了，因为地下水的过量开采。

滑坡方面的地裂缝一般出现在滑床和滑体的边缘部位，可能是受集中应力影响。

3.4地裂缝特征

西安地裂缝的展布,运动方式、及其与深部构造之间的关系,均反映出它的规律性。

1.裂缝具有明显的线性展布特征,不受地貌单元、岩性、古河道等控制,随时间的迁延而缓慢地呈递增趋势错动。

具蠕滑型构造地裂缝的特点。

2.西安市的九条地裂缝带,以2一3公里的等间距排列,宽5一25米左右,南郊地裂缝带中的裂缝呈明显左旋雁行排列。

断面呈高角度向南倾斜,恰与该区断裂的力学性质与运动方式一致,显示了西安地裂缝的构造特性。

3.西安地裂缝三向运动（指地裂缝三个方向的位移,即沿裂面向下滑动、沿地裂缝延展方向的水平位移及地裂缝两侧块体的张裂）的同期,西安附近的微震活动及苏、鲁、皖、豫的地裂缝也相发展,它们之间似有一定成生联系或对应关系。

4.西安市的地面沉降区和承压水下降漏斗似相吻合,西安市承压水位以每年平均3米的速率呈趋势性下降,降落漏斗逐渐扩大,地裂缝错动的加剧,表明了两者的相关性。

因水位的下降引起了地面沉降,并使土层应力发生了变化,从而地裂缝运动。

综上所述,可知西安地裂缝的展布、运动、历史地震痕迹。

及深部构造的连通性等、不仅表明它受该区断裂控制,且与第四纪断层关系密切,具明显的构造属性。

承压水位大幅度下降也与西安地裂缝的现代蠕动有关。

3.5地裂缝危害

地裂缝的主要危害是造成建筑物失稳、房屋开裂、地面设施破坏和农田漏水。

在三条巨型地裂缝带中，汾渭盆地地裂缝不仅规模大，裂缝类型多而且危害十分严重。

四、简述地裂缝的地球物理勘探

地球物理勘探解决地裂缝的主要地质问题：

1.地裂缝的位置与平面延布；

2.地裂缝的宽度及影响范围；

3．地裂缝的开裂深度及其立体形态

4.地裂缝的开启状态和充填物、充填特征、密实度；

5.地裂缝的深部特征，第四系沉积物成分、结构特征、基地构造特征等。

地裂缝勘察的地球物理方法：

针对上述的地质问题，选择相应的方法进行勘查（如下表）

五、地裂缝防治措施及工程地质地治理

5.1防治措施

对人为因素的地裂缝，关键在于预防，合理规划、严格禁止地裂缝附近的开采活动。

对自然成因地裂缝，则主要在于加强调查和研究，开展地裂缝易发区的区域评价，以避让为主，从而避免或减轻经济损失。

1.控制人为因素的诱发作用；

2.建筑设施避让防灾措施；

3.检测预测措施。

5.2西安地裂缝的场地勘察

根据陕西省工程建设标准《西安地裂缝场地勘察与工程设计规程》DBJ61一6一2（X）6是西安地区地裂缝场地勘察与设计的技术法规,它给西安地裂缝下了一个明确的定义,给出了西安地裂缝的分布范围;规定了西安地裂缝场地勘察的要求和方法;确定了各类建筑物的最小避让距离和生命线工程的设防要求。

1.西安地裂缝的场地勘察

1.1西安地裂缝场地勘察应解决的主要问题

（1）场地内是否存在地裂缝（包括地表出露的地裂缝和隐伏地裂缝）。

（2）地裂缝的分布位置、产状和活动性。

（3）分区进行建筑适宜性评价。

1.2西安地裂缝场地的分类及勘察方法

1.2.1一类地裂缝场地

符合以下条件的地裂缝场地可称为一类地裂缝场地:

（1）场地内的地裂缝是活动的,已在地表形成破裂。

（2）地表破裂具有清晰的垂直位移,地面呈台阶状。

（3）地表破裂有较长的延伸距离。

（4）地表破裂与错断上更新统或中更新统的隐伏地裂缝位置相对应。

一类地裂缝场地的勘探标志层是被地裂缝错断的地表层,断距一般为数厘米至数十厘米。

所以一类地裂缝场地的勘察方法主要是地面地裂缝调查,也可以配合少量的槽探和钻探。

1.2.2二类地裂缝场地

符合以下条件的地裂缝场地可称为二类地裂缝场地:

（l）场地内的隐伏地裂缝没有活动,或活动产生的地表破裂已被人类工程活动破坏。

（2）场地内埋藏有上更新统或中更新统红褐色古土壤层。

5.3勘探精度修正值△k

根据隐伏地裂缝的位置推测它活动时在地表出露的破裂位置总是存在一定误差的,在满足勘察精度要求的条件下,这种误差的大小取决于勘探标志层的埋深和勘探方法的不同。

工程设计时要用勘探精度修正值△k去化解勘探存在的误差。

根据勘探经验,各种条件下的勘探精度修正值见表。

地裂缝勘察报告的地裂缝分布图应表示地裂缝地面坐标点的位置、编号、坐标值和勘探精度修正值。

表示方式为：

勘探精度修正值表

六、结论

1．地裂缝最初是由自然界的地壳运动形成的，西安市地裂缝在近几十年来的运动加剧却主要是由于人为的因素。

主要的原因是过量开采地下水所致。

由于地下水长期过量开采，造成城市地下水持续下降，加剧了地面沉降和地裂缝的发展。

可喜的是西安市政府已认识到这一问题的严重性，在2000年5月，陕西省政府作出了关停西安市规划区自备井的决定，开始在城区内禁止开采地下水。

这一举措使西安市的地裂缝的活动在近年来有减缓的趋势。

经陕西省地质环境监测总站的监测，地裂缝的活动量在近年来明显减少。

这将极大地减轻地裂缝的活动带来的危害。

国内其他地方因过量开采地下水引发的种种问题也常常见诸报端。

因为过量开采地下水，华北已形成了世界上最大的地下漏斗，并引发了地面沉降等一系列环境问题。

因此，全社会都应当认识到环境保护的重要性，保护好地下环境，极力减轻地质环境灾害的影响。

2．活动地裂缝的存在对工程结构设计是一个严重的挑战，建筑物应尽可能避让，必须跨越的，要采取措施,详见西安地裂缝场地勘察与工程设计规程（DBJ61-6-2006）;地裂缝的处理是一个复杂的系统问题，涉及到多学科的相互协调，今后应在地裂缝的处理上多加以研究，以减少地裂缝的活动给人民的生命财产造成的损失。

总之，我们在学习和研究地裂缝时，一定要做好其对工程建设以及现在的地裂缝的发育状况分析，建立一个区域的灾害评价，来预防地裂缝对人类生产活动的影响，尽量减少经济损失。

参考文献

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[6]张苏民.西安地裂缝场地勘察与工程设计规程.2005

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[8]刘国昌.西安的地裂缝.西安地质学院学报.第4期

[9]王念秦.工程地质分析基础.西安科科技大学.2011