地裂缝是在内外力作用下，岩石和土层发生变形，当力的作用与积累超过岩土层内部的结合力时，岩土层发生破裂，其连续性被破坏，所形成的裂隙。在地下，因受到周围岩土层的限制和上部岩土层的作用力，其闭合比较紧密。而在地表，由于其围压作用力减小，又具一定的自由空间，裂隙一般较宽，表现为裂缝，即地裂缝。地裂缝是现代地表的一种线状破裂形式，绝大多数发生在第四系分布区，呈一定方向延伸的线状地面裂开或塌陷。其排列有一定规律性，可呈雁列状、锯齿状、直线状、弧状、放射状等不同的几何形态；其规模一般延伸数十米至数百米或十几千米，最长可达上千千米，宽几毫米至数十厘米，最宽达1至2米，深数米至数十米，有的和下伏基岩中的隐伏断裂直接相连；其性质以张性为多，有的还伴有水平位移。

我国自1963年以来，除河北、山西、陕西、山东、安徽、河南发现地裂缝外，还在辽宁、吉林、甘肃、湖北、云南、广东等省也相继发现地裂缝，其中以西安市地裂缝最典型、危害最严重。西安地裂缝分现代新地裂缝和古代地裂缝。新地裂缝发现于1959年，在该市及郊区150 km2范围，发育11条正在活动的地裂缝，如图4-10所示。其产状为走向北东，倾向南东，倾角很陡，大致呈平行等距展布；其性质为倾滑张破裂，大多数北（盘）升、南（盘）降。单个地裂缝最长达10 km。主裂缝两侧发育次级（分支）地裂缝，组成8～10 m宽的地裂缝破碎带。

图4-10　西安市地裂缝分布示意图

地面塌陷是指小范围的地面，突然快速下陷。下陷的范围一般仅几平方米至百余平方米，塌陷深度约几米至几十米不等，形成漏斗状塌陷地面。地面塌陷主要分布在我国东部和中部地区，绝大多数是岩溶塌陷，这类灾害约有 70%是因人类活动造成的。泰安火车站1977—1982年因附近开采地下水，先后产生25个塌陷坑，致使路基下沉，站房开裂，治理费达3 000万元以上。山西省内8个主要矿务局所属煤矿区的地面塌陷已影响到数百个村庄、数千公顷农田和十几万人口的正常生活和生产。

（一）地裂缝的成因分类

我国的地裂缝具有明显的区域性规律，它们在空间上自然地呈现为华南地裂缝分布区、华北地裂缝分布区、东北地裂缝分布区和西部地裂缝分布区等四大区。

地裂缝灾害是地面变形地质灾害中的一种。在自然界中，有时地裂缝的形态和力学性质相似，但它们的成因各异。不同成因的地裂缝对生产、建设和人民生活常常有不同的影响，并需要采取不同的防治措施。目前，科技界对地裂缝尚无统一的分类，一些专家对分类进行了探索。

根据已形成地裂缝的主导因素为主，将地裂缝按成因划分为非构造地裂缝和构造地裂缝两大类，如表4-3所示。

表4-3　地裂缝分类

华南地裂缝主要集中在海南岛北部、雷州半岛和珠江三角洲等靠近南海的地区，其次分布在广西中部岩溶丘陵平原区和贵州中部易干缩的第四系土层与岩溶区，特点是稀疏分散、分布不均、发育不良、类型多样，其大地构造位置与华南亚板块吻合；东北地裂缝主要分布在吉林、黑龙江两省，其大地构造位置大体相当于黑龙江亚板块东部，分布特点是稀少罕见、发育不良；西部地裂缝分布面积约占全国总面积的一半，大地构造位置与青藏亚板块、新疆亚板块相吻合，由于两个亚板块边缘断裂活动强烈，该区主要为地震断层地裂缝，我国发现的54条长度大于1 km的地震断层地裂缝中，西部地区就有43条，占总数的79.6%；华北地裂缝是指分布在冀、晋、陕、苏、鲁、皖、豫七省的地裂缝，其大多数出现在第四系风积、冲积、洪积、湖积、坡积、残积等不同成因的松散沉积物内，地裂缝主要出现在该区的断陷带内和构造带上，区内地裂缝约80%是构造地裂缝，湿陷、膨胀土、滑塌、陷落等非构造地裂缝只有不到20%，该区非地震构造地裂缝发育，又有部分地震断层地裂缝，也有较多的非构造地裂缝，对工农业危害严重。

（二）地裂与地陷

地裂与地陷是地面变形的常见形式（图4-11，图4-12），两者常常互为伴生现象，有时表现为一种地质灾害，其成因是多方面的。

图4-11　日本福冈路面塌陷（2016年11月8日）

图4-12　危地马拉城地陷（2010年5月31日）

1.构造地裂缝与地陷

构造地裂缝是大陆内部一种特殊的反映地壳表层构造活动的形迹，它们是由于地壳块体或断裂的蠕动，导致地壳表层发生的一系列微型破裂构造。它们在高应力作用下：一是地壳浅表层新发生的裂隙（节理）；二是使原已存在的裂隙进一步开启成缝；三是因一些特定部位的地壳表层断裂继承性活动在地表产生地裂缝。总之，它们实为现今新发生的节理和断层。所以，它们的一般特征近似地质时期形成的断层和节理的特征。只是地裂缝仅仅产生在地壳浅表层，并由于现今地壳活动而开启成缝，应属于显现在地表的原发破裂迹象。与此同时，伴随地裂缝活动又发生一些宏观构造活动现象。许多由构造活动产生的地裂缝位移，向上传递接近地表面时，常被松散土层吸收或被人类耕耘活动掩埋，而隐伏于地表之下。当遇降雨或人类抽汲地下水产生地面沉降等非构造活动因素作用时，这些隐伏的地裂缝才显露在地表上。因此，许多由非构造活动诱发显露的构造地裂缝，常混有非构造的诱发破裂迹象特征。总之，现存地裂缝形态，常是以原发破裂迹象为主、局部显示诱发破裂迹象的综合现象，是几种作用的叠加效应。

构造地裂缝与地陷有时与中小地震相伴而生。1957年我国辽宁海城7.3级地震，由于震中区基岩为石灰岩、大理岩等，岩溶现象比较发育，震后出现了大量的塌陷坑，仅海城县孤山乡的塌陷坑就有216个，塌坑直径3～8 m，深3～18 m。1983年4月、8月和10月渭河盆地泾阳县发生震群3次，共有小震237次，最大地震2.2级，震源深度5 km；后一次震群岳家村地面为开裂，走向NW50°，两个月后扩成宽15 cm、长400 m的地裂缝。2003年7月21日，在云南省大姚县发生6.2级地震，其后余震不断，7月24日下午，大姚县石羊镇潘家村发生了大面积地陷，地陷面积达20 000 m2，平均深度为7 m。

构造地裂缝的分布受大型地貌的影响，而不受中小型地貌和地物的限制；大多数构造地裂缝分布在第四系松散沉积物中；构造地裂缝呈线性沿固定方向延伸，绝大多数地裂缝张开、具连通性。

陕西省境内地质地貌条件复杂，大地构造单元有陕北鄂尔多斯地台、陕南秦岭褶皱带和关中渭河地堑。由断陷盆地控制的渭河平原，活动构造发育、地震与地裂缝活动频繁。渭河盆地地裂缝出现在盆地两侧的山前洪积扇、黄土台塬和中间的渭河河谷平原的阶地上，发生在洪积、风积、冲积的砂砾互层、细砂层、粉土、粉质黏土和黄土层等第四纪的松散沉积物中。其空间展布主要受活断层、区域微破裂及黄土构造节理和局部微地貌的控制。1971年，华阴汽修厂产生了两条东西走向、长500 m的地裂缝，造成12幢楼开裂。

2.岩溶区的塌陷与地裂

在岩溶化地区，当岩溶化地层上覆有厚薄不均的第四系松散沉积盖层时，由于天然原因或人为活动因素的作用，造成地面表层第四系覆盖层突然开裂下沉、垂直向下陷落，形成规模和形态各异的塌坑，即为岩溶区地面塌陷。我国岩溶地面塌陷多分布在人口稠密的中部和东南地区（表4-4），其中尤以石灰岩广布的广西、贵州等省尤为突出。近几十年来，桂林市东郊因过量抽汲地下水产生的塌陷，使许多民房、厂房车间开裂倒塌，毁坏公路、铁路设施和农田等，造成经济财产损失，危害严重。

表4-4　我国主要岩溶地面塌陷统计（据地矿部岩溶地质研究所）

岩溶区的塌陷与地裂缝一般是相继产生，伴随出现。在岩溶发育地区，地面沉降一般先于塌陷，影响范围广，分布面积大。沉降范围内，开裂、塌陷分布普遍。地面开裂是塌陷及沉降的伴生产物，涉及的范围广，数量多，形态为弧形、直线形、封闭圆形或同心圆形，剖面形状为漏斗状，一般多分布在沉降范围内或塌陷周围。岩溶区地面塌陷、地面沉降和地面开裂现象之间具有密切的内在联系，塌陷、开裂一般发生在沉陷区内，地面开裂则是围绕着沉降中心或塌陷呈弧形展布，塌陷又往往是沉降的中心。

岩溶地面塌陷多产生在岩溶强烈发育区。由岩溶含水层排水或充水等原因而造成地面塌陷的首要条件是具有开口溶洞，覆盖层中的潜水与下部岩溶水有水力联系。塌陷主要分布在：① 第四纪松散层较薄的地段；② 在河床两侧及地形低洼地段、降落漏斗中心附近，特别是沿地下水径流方向分布。

3.地下工程、采空区与地裂、地陷

在隧道及地下工程洞体上方常出现地面塌陷及地裂，但其影响范围不是很大。当地下洞室埋藏较浅，地貌、岩体结构、地层岩性、水文地质条件相对不利于洞体稳定时，则容易造成洞顶坍塌，由此引起地表塌陷及地裂。

矿山资源的开发，在一定程度上活跃了地方经济，但同时也给环境带来负面影响和危害。由于矿体被采出，使采空区围岩应力重新分布，破坏了地层深部的原有应力稳定平衡状态，经过一定时间后，若围岩不能适应变化后的应力状态，顶板岩层开始断裂、冒落，冒落带上部岩层也随后断裂，引起其上部岩层弯曲。随着采空区的逐渐增大，地表开始移动，产生地面沉陷、塌陷和地裂缝。采空区的塌陷和地裂对建筑物、公路、铁路、地下市政工程等的影响和破坏很大。

地下开采常常引起地层断裂和塌陷，塌陷面积通常随塌陷深度而变化。地表塌陷后，一部分可能会形成常年积水，塌陷较浅的常造成耕地盐渍化或变成沼泽。当塌陷深度超过地下水位时，塌陷区就会被地下水浸满，陆地系统变成水域。

4.抽取地下液体引起的地裂与塌陷

目前，至少已有46个城市地段因过量抽汲地下水而出现了这种地质灾害，总沉降面积4.87万km2，主要分布在我国东部的平原地区和内陆盆地。对于其成灾程度，即经济损失还缺乏统计。据常州、无锡和苏州三市不完全统计，仅因地面沉降造成地面积水一项，直接经济损失就达1 000多万元，间接损失无法估计。

矿坑排水常引起上覆地层的塌陷及地裂。我国湖南某铅锌矿，处于衡阳盆地南缘，基岩上覆土层很薄，约10～20 m，由黏性土及砂土组成，基岩为二叠纪变质灰岩。20世纪60年代中期，由于矿井抽排水疏干，使地下水位降低300 m以上，在降水漏斗形成后，地表出现塌陷坑700～800个，最大的塌陷坑直径约70 m，深约50 m。我国广东某铅锌矿，基岩为中、晚石炭纪白云质灰岩，岩溶发育，溶洞多，上覆第四纪土层10～80 m。1965—1977年，由于长期抽排地下水，疏干采矿区，使地下水位降低了100 m以上，形成了降水漏斗。地表出现塌陷坑1 400多个，直径多为1～5 m，深度和直径相当。最大直径约40 m，最大深度约80 m，塌陷区面积约5 km2。(www.daowen.com)

常年的采油、采盐井的开采使地下原来的地应力平衡被破坏，同时地层有效应力增大，使地面出现陷落。例如美国某油井，1936年开始采油，此后不久便出现了油井附近的地面陷落，当时归于地震的影响。在地面陷落继续发展的过程中，人们逐渐认识到地面陷落和采油有关。到了1950年，地面塌陷的范围已达长约18 km，宽约5 km，平面呈椭圆形，塌陷最大深度约3.5 m。到了1959年，塌陷区面积达50～60 km2，最大塌陷深度约6.1 m。采盐井的情况与采油井类同，它们都能诱发地震，在地震发生时，还会有塌陷和地裂。

长期大量抽取地下水而引起地面沉降和地裂缝发展的情况在全世界及我国许多地方都普遍存在，不仅存在于软土地基区，也存在于非软土地基区域。例如我国山东泰安，第四纪土层厚10～30 m，较薄，由砂土和含泥的卵石、砾石、碎石组成，基岩为石灰岩，其中岩溶发育。由于20世纪70年代以后严重超采地下水，使地下水位下降50～75 m，浅部的岩溶水水量已被抽干，地下水位降低形成的漏斗面积达40～50 km2，由此出现了许多处地面塌陷，使建筑物破坏，也影响到铁路安全。

5.黄土湿陷地裂与塌陷

我国黄土的面积约为63.53万km2，第四纪早中更新世黄土，一般不具湿陷性；而分布在地表上层部位的晚更新世和全新世黄土多为湿陷性黄土，其面积约38万km2，约占我国黄土面积的 60%。由于湿陷变形造成工程建筑物的毁损也是严重的。据不完整的统计资料，西宁、兰州、西安、洛阳四地对建筑物毁损情况的调查，毁损建筑物占被调查数的百分比分别为58%、60%、15.4%、7%。例如，青海湟源物探队和某公司的仓库是由近百栋建筑物组成，它们大部分遭到强烈的湿陷破坏，最大沉降差达61.6 cm，最大裂缝宽度达100 mm，最大局部倾斜达53.6%。自1966年兴建以来，连年不断报废拆除，年年翻新加固，年年出现新事故，至1978年不得不另选址搬迁。

黄土湿陷变形量，是由于湿陷作用而产生的湿陷变形大小的量。黄土的垂直渗透系数约是水平渗透系数的2～3倍，有时达10倍以上。因此，当黄土受水浸润时，迅速向深处渗透，直至遇见地下水水位或隔水层后，侧向浸润才能加强，水体浸润的“扩散角”θ（水边线起深向倾斜角）往往小于45°。自重湿陷就是在浸水面积之下，不大于45°的“扩散角”以内，湿陷性黄土层下部界限以上这块土体中发生的，如图4-13中的斜线阴影部分。

图4-13　自重湿陷范围剖面示意图

由于黄土为塑性材料，地下湿陷变形后，能围绕浸水土体的周边产生一些环形裂缝（图4-14），一直延伸到地表，在剖面上看这些环形裂缝多呈倒“八”字形。裂缝倾角α约为75°。地表裂缝是自重湿陷影响范围的重要标志之一，例如青海某地质队基地，预浸水处理地基时，形成的地面裂缝距水边线达34 m，甘肃某铝厂预浸水地面裂缝距水边线为30 m。

湿陷变形过程分为两个阶段：第一阶段湿陷经历的时间较短，土的结构迅速破坏，物理化学作用十分明显，完成湿陷变形的绝大部分，通常为总变形的 70%～90%；第二阶段，湿陷过程经历的时间较长，在这一阶段里，完成第一阶段剩余部分的湿陷。湿陷的时间过程，第一阶段迅速而剧烈，对建筑物的破坏作用很突出；第二阶段延续的时间较长，致使地基长时间处于不稳定的状态，对建筑物同样有危害。

图4-14　自重湿陷黄土场地环形裂缝

我国北方分布有广阔的黄土地层，而湿陷性黄土，又多出现在地表上层，数以万计的城市村镇坐落在湿陷性黄土地层之上，广厦万间，烟囱林立，许多铁路、公路和水电站、发电厂建设在湿陷黄土地区，因而黄土的湿陷性给工程建筑物带来了不少危害。表4-5列举了陕西省有关房屋建筑物湿陷事故的统计数字，从该表列出的数字中不难看出，房屋建筑物湿陷事故占有较大的比重。

表4-5　陕西省各类建筑物湿陷事故所占比例

注：据《陕西省湿陷性黄土地区建筑调查总结》。表中b为裂缝宽度（mm），i为局部倾斜（%），h为相对沉降（mm）。

湿陷地裂缝受黄土湿陷形成的地貌形态所制约。由于黄土湿陷时形成了一些近似圆形的洼地，因此地裂缝常常环绕着洼地周围，或者呈同心状展布，或者呈环形状展布。湿陷洼地周围地裂缝的疏密状况，受湿陷规模、湿陷深度和黄土的柱状节理所影响。一般来说，柱状节理比较发育的黄土地区，当其发生湿陷时，在湿陷洼地的边缘地裂缝也比较密集。

（三）地裂缝场地的工程地质评价

1.地裂缝场地工程地质评价的内容

地裂缝场地工程地质评价的目的是在今后的工程建设中，评价与地裂缝发生发展有关的工程地质问题。其考虑的内容不仅包括地裂缝本身在空间上的展布及其对地基土层的变形破坏影响范围，而且还包括地裂缝两盘在主要诱因降雨和地下水超采的作用下，所产生的以其他形式（地面沉降，洞穴坍塌等）出现的工程地质问题，以及局部工程地质条件的影响作用。也就是说，地裂缝场地的工程地质评价，不是将地裂缝本身作为一个孤立的研究对象，而是从工程地质环境角度，将包括地裂缝及与其伴生的两侧差异升降、地表塌陷、地面沉降等问题的一定范围的地区，作为整体加以考虑。地裂缝场地工程地质评价的基本内容如下：

（1）地裂缝的空间展布特征、成因类型和规模。

（2）地裂缝活动特点及其规律性。

（3）地裂缝带场地的性状及物理力学性质变化特征。

（4）地裂缝与活断层的双重构造作用。

（5）地裂缝与区域地质环境的关系。

（6）现存的人类工程经济活动及未来土地利用、工程布局。

2.地裂缝场地工程地质评价的原则

地裂缝场地评价以不同工程种类为对象，以工程与地裂缝配置关系（包括尺寸和距离）为前提，充分研究地裂缝对建筑和工程产生的变形和破坏作用。

地裂缝场地评价既着眼于其直接危害，又重视其间接灾害作用；既注意现今，又考虑未来；空间上，既注重地裂缝带局部条件，又要考虑到区域地质环境特征；对地裂缝灾害作用的强弱，既重视静态条件下的自重荷载缓慢作用，又要考虑动力作用下突然事件影响。

地裂缝场地工程地质评价是一个由多因子构成的环境系统。因此，地裂缝场地评价应该采用综合评价原则。

3.地裂缝地质灾害的防治和减灾对策

拟建工程选址时对地裂缝必须采取相应的避让原则。构造地裂缝是现今正在活动的表层断层，且地裂缝长期蠕动具有单向位移累积的特征，这种位移累积足以使建筑物地基失效，导致建筑物在其使用期间内被破坏。

对已建跨地裂缝的建筑物应采取拆除局部、保留整体的原则。以避免局部损失危及整体建筑的安全，并注意保留部分及主要裂缝附近建筑物的安全加固。

确定合理的安全距离。为了既保证地裂缝两侧建筑物的使用安全，又不浪费宝贵的城镇土地资源，确定合理的安全距离是防治和减轻地裂缝地质灾害的主要措施之一。在设防带内不宜修建高层或永久性建筑物，在设防带以外可考虑地裂缝破裂效应对各类建筑物的影响。

对无法避让地裂缝的线性工程（铁路、公路及供水、排水、供电、供气等各类管道），应在确定其穿越地裂缝的具体位置的基础上，采取一些有针对性的措施来降低地裂缝的危害程度。

对与人类工程活动有关的地裂缝应适当调整人类工程活动作用的强度，控制和尽量减轻地裂缝灾害的发展。