第35卷 第2期
岩土工程技术
Vol35No2
Apr ,2021
2021年 4月
Geotechnical Engineering Technique
文章编号：1007-2993(2021)02-0122-06
孙常青12申斌12孙振岳3张语涛12
（1.北京城建勘测设计研究院有限责任公司，北京1001012城市轨道交通深基坑岩土工程北京市
重点实验室，北京100101； 3.北京城建设计发展集团股份有限公司，北京100037）
【摘要】地裂缝作为一种不良地质作用影响着工程建设。采用资料收集、地面调查、物探（高密度电法、地微动探测）、工 程地质钻探等综合勘察手段，对西安高新区云轨工程拟建线路沿线的地裂缝进行专项勘察，查明了拟建线路场地内与线路相 交的地裂缝的具体位置、产状、活动性；通过规范法及数值模拟法对地裂缝活动影响范围进行分析，并提岀地裂缝防治措施建
议，为云轨桥梁通过地裂缝的结构设计以及施工提供依据。
【关键词】地裂缝；地裂缝防治；高密度电法；地微动探测【中图分类号】P 631
【文献标识码】A
doi ： 10. 3969/j. issn. 1007-2993. 2021. 02. 011
开放科学（资源服务）标识码（OSID ）:
Special Investigation and Influence Range of the Ground
Fissure in Xi'an Skyrail
Sun Changqing 1,2 Shen Bin 1,2 Sun Zhenyue 3
Zhang Yutao 1,2
(1. Beijing Urban Construction Exploration &Design Research Institute Co. ,Ltd. , Beijing 100101, China ；
2. Beijing Key Laboratory of Deep Foundation Pit of Geotechnical Engineering of Rail Transit,Beijing 100101, China ；
3 BeijingUrbanConstructionDesign & DevelopmentGroupCo ,Ltd ,Beijing100037, China )
[Abstract ] As an adverse geological effect, ground fissures affect the project construction. Comprehensive investigation
methods have been applied in the Skyrail of Xi'an High-tech Zone , such as data collection and ground investigation , geophysi
cal exploration (high 一density electrical method , micro t remor survey method) , engineering geological drilling . Special invest-
gationiscarriedoutonthegroundfissuresalongtheproposedlineoftheSkyrail andthespecificlocation ，occurrenceandac- tivity of the ground fissures intersecting the line are investigated. Through the standard method and numerical simulation meth od, the influence range of the ground fissure activity is analyzed , and the prevention and control measures of the ground fissure areprovided ，whichprovidethebasisforthestructuraldesignandconstructionoftheSkyrailbridgepassingthroughthe groundfissures
【Key words ] ground fissures ； prevention and control measures of ground fissures ；high density electrical method ；micro-
tremorsurveymethod
0引言西安地裂缝是一种地区性的地质灾害现象［T ,
其因分布之广泛、活动之剧烈、致灾之严重而闻名于
全国乃至世界。汪丽［1、樊红卫4总结了西安地 裂缝的灾害特征，分析了西安地裂缝可能引起的地
铁病害。门玉明和石玉玲5阐述了自从1977年以 来西安地裂缝研究经历的三个阶段，提出了地裂缝 研究的若干重要科学问题。张鹏等6将西安地裂
缝二类勘察场地划分为3个亚区，提出在不同亚区
采用相应的判断地裂缝出露的标志层以及勘察深
度。宋彦辉等7分析了三类勘察场地隐伏地裂缝识 别存在的问题。由于三类勘察场地地裂缝的隐伏
性，地表较少有活动迹象，场地地层结构复杂，主要 为中更新统湖积粉质黏土和砂类土，有时粗细粒旋
回规律表现得不太清楚，给地裂缝勘察带来了困难。 因此采用综合勘察手段进行地裂缝专项勘察很有必
要。地裂活动会引起两侧地层错动，《西安地裂缝场
地勘察与工程设计规程M DBJ61—6—2006）［1给出
作者简介：孙常青，女,1974年生，汉族，山西人，硕士研究生，高级工程师，注册土木工程师（岩土），现从事岩土工程勘察、设计
工作。E-mail : sunchangqing401@126.
com
孙常青等：西安云轨地裂缝专项勘察及影响范围分析123
了一般地裂缝的影响区范围，但地裂缝影响区范围到底多大，还需要根据每个工程的实际情况通过数值模拟具体分析。鉴于此，本文通过综合勘察方法查明了西安高新区云轨场地内地裂缝的分布及其与云轨拟建线路的位置关系、产状、活动性，并通过规范法及数值模拟法确定地裂缝影响范围，对云轨桥梁通过地裂缝的结构设计及施工具有重要的意义。1工程概况
西安高新区云轨示范线（鱼化寨站一纬二十八路站）项目起点地铁三号线鱼化寨站9途径高新区软件新城、丈八西社区、紫薇田园都市、出口加工B 区、比亚迪厂区，终点洨河公园站，线路全长约17.68km，全部为高架线，设置车站17座，平均站间距1017.51m。高架线拟采用钻孔灌注桩，承台埋深约3.0m：桩径1m和1.2m：区间桥梁在满足使用功能的前提下，一般区段采用长度为犔=24m 的标准简支轨道梁、圆形混凝土桥墩、钻孔灌注桩基础。跨越一般交叉路口时采用简支钢轨道梁（跨长犔=45m）通过较大路口时采用大跨连续钢轨道梁结构形式跨越。
根据区域地裂缝资料，场地有7条地裂缝f4、f5f f f、f9、f9与拟建云轨线路相交（见图1）具体位置尚不确定。地裂缝场地类型为三类，勘探标志层埋藏深度在40〜80m的中更新统河湖相地层6。
图1场地内地裂缝分布图沃尔沃质量
2工程地质及水文地质条件
拟建线路穿越地貌单元主要有皂河一级阶地、皂河二级阶地、皂河三级阶地。
（1）工程地质1单元（皂河一级阶地）：上部地层主要为第四系全新统的人工填土、冲洪积黄土状土、冲积粉质黏土、砂类土等；下部为第四系上更新统的冲积粉质黏土、砂类土，第四系中更新统的冲、湖积
粉质黏土、砂类土。（见图2）
（2）工程地质n单元（皂河二级阶地）：上部地层主要为第四系全新统的人工填土、冲洪积黄土状土；下部为第四系上更新统的风积水上新黄土、残积古土壤，冲积粉质黏土及砂类土，中更新统的残积古土壤、冲湖积粉质黏土、砂类土。
（3）工程地质川单元（皂河三级阶地）：上部地层主要为第四系全新统的人工填土；下部为第四系上
更新统的风积水上新黄土、残积古土壤，冲积粉质黏土及砂类土，中更新统的风积水上老黄土、冲湖积粉质黏土、砂类土。
线路沿线划分为三个水文地质单元：
（1）水文地质1单元（皂河一级阶地）：地下水类型为第四系松散层孔隙潜水（二儿含水层为黄土状
土、砂类土和粉质黏土。地下水埋深为5.8〜18.3 m, 水位标高为38199〜40499m。
（2）水文地质n单元（皂河二级阶地）：地下水类型为第四系松散层孔隙潜水（二）含水层为新黄土、
砂类土和粉质黏土。地下水埋深为14.6〜24.3m，水位标高为39754〜40529m。
（3）水文地质川单元（皂河三级阶地）：地下水类型为第四系松散层孔隙潜水（二）含水层为新黄土、砂类土和粉质黏土。地下水埋深为20.2〜24.2m，水位标高为396.07〜401.86m。
图2拟建线路工程地质及水文地质分区图
3地裂缝专项勘察
为查明场地内地裂缝与拟建线路相交的具体位置、产状及其活动性，采用资料收集与地面调查、物探（高密度电法、地微动探测）、工程地质钻探等综合
124岩土工程技术2021年第2期
勘察手段，以f5地裂缝为例进行说明。
3.1资料收集与地面调查
f5地裂缝（丈八路一和平门一灞桥热电厂）总体
走向NE70。，倾向SE，倾角约80。发育带最大宽度
汽车后保险杠达110m，总长度15.8km。该地裂缝西段活动比
较弱，东段活动强烈，形变量大，破坏较为严重。拟
建线路与f5地裂缝西段相交，位置为云水一路与鱼
斗路十字南约120m，近东西走向。
f5地裂缝西段平均活动速率介于0.1〜1.0
mm/a，活动性弱，发育程度弱，处于稳定阶段。
3.2物探方法
f5地裂缝专项勘察采用了高密度电法和地微动
315曝光大众探测两种物探手段。
3.2.1工作原理
（1）高密度电法
高密度电法的物理前提是地下介质间的导电性
差异⑼。和常规电阻率法一样，它通过A、B电极向
地下供电流/，然后在M、N极间测量电位差犝，从
而求得该记录点的视电阻率值P s=K X R/I。根据
实测的视电阻率剖面，进行计算、处理、分析，获得地
层中电阻率的分布情况，从而划分地层、圈闭异
长城c50升级版
常等。
（2）地微动探测
地微动［011］是指对天然场源微动信号进行数
据处理提取Rayleigh波频散信息，通过反演该信息
获得地下介质横波速度结构，分析地质体与周围介
质的波速差异，从而查明或解决有关工程地质问题
的一种物探技术。
322物探工作量布置
针对f5地裂缝的现场条件，在里程K2+700—
K3+020范围内布设1条长320m的高密度测线,
在里程K2+745—K2+910范围内布设5个地微动
勘探台阵，具体布线方式见图3。
线路
高密度测线165m
台阵3台阵4
650m
O O L + e M O c o + E y
图3犳5地裂缝高密度电法测线以及地微动
探测布线示意图
3.2.3物探结果解析
图4为f5地裂缝视电阻率剖面图，探测结果表明在距离测线起点110〜120m出现错断低阻异常，故推测可能是由于地裂缝产生的响应。以此异常为基础，进一步布设地微动勘探点，并得到速度谱剖面见图5。
图4犳5地裂缝视电阻率剖面图
F51SWS..F55.S WS X11000/Z1:500网嵌:]
距离/m
图5犳5地裂缝地微动速度谱
据图5可知，在距测线起点65〜75m，深度55 m以下出现低速异常区域，和高密度视电阻率剖面显示的异常相对应，故推测可能是由于地裂缝产生的响应。
综合f5地裂缝视电阻率剖面图和地微动速度谱的响应特征，推测在距离高密度测线起点约110〜120m的范围内、距离地微动剖面起点65〜75m范围内为f5地裂缝穿过的位置，里程范围为K2+ 810—K2+820。
3.3工程地质钻探
3.3.1钻探布置
依据f5地裂缝物探成果，对推测地裂缝穿过的位置进行钻探验证，并查明f5地裂缝在线路附近的分布情
况及与线路相交的坐标。按照《西安地裂缝场地勘察与工程设计规程M DBJ61—6—2006）三类场地，钻探剖面上钻孔间距一般按40〜80m 布置，在发现异常的孔位之间进行加密钻探，使最终加密孔间距不大于10m，孔深均为80m。f5地
孙常青等：西安云轨地裂缝专项勘察及影响范围分析125
裂缝钻探验证共钻探10个钻孔，勘探点平面位置
见图6。
图6f5裂缝勘探点位置平面图
3.3.2钻探结果分析
钻孔VDLF03及其以北地层、钻孔TSZ18及其
以南地层中更新世地层沉积稳定，田粒相和粗粒相
交替沉积，且层位稳定，起伏较小；而钻孔VDLF03
与TSZ18之间（VDLF03与TSZ18孔间距10.0m）
地层沉积韵律较乱，主要为沉积旋回出现明显错断
和厚度变化（见图7）。
图7f5地裂缝剖面图
3.4f地裂缝综合判定结果
f5地裂缝活动性弱，处于稳定阶段，从图7剖面
钻孔VDLF03与TSZ18之间穿过，大致走向近
NE，倾向SE，倾角约80。。地裂缝两侧地层错断，上
盘（南东盘）下降，较下盘（北西盘）接受较厚的沉积。
与拟建线路相交的具体坐标见表1。
表1f5地裂缝与拟建线路左、右线交点坐标汇总表
地裂缝-编号地裂缝与云轨线相交位置（地表位置）
精度修
正值
△犽/m
与线路
夹角交点
坐标
X Y
左线4497.30191331
f5
右线4497.28190901
1089°注：表中坐标采用西安80坐标系。4f5地裂缝影响范围分析
4.1规范法确定地裂缝影响范围
根据《西安地裂缝场地勘察与工程设计规程》（DBJ61—6—2006），地裂缝的影响区范围分主变形
区和微变形区（见图8）。一般地裂缝影响宽度为上盘0〜20m，其中主变形区0〜6m，微变形区6〜20 m；下盘0〜12m，其中主变形区0〜4m，微变形区4〜12m。依据建筑物的重要性类别、建筑结构形式和地裂缝的活动性质规定了地裂缝场地建筑物的最小避让距离见表2[1。本工程按二类建筑物确定避让距离是上盘20m，下盘12m，即要求桥墩基础避开微变形区。
图8地裂缝影响区范围示意图⑻
表2地裂缝场地建筑物最小避让距离m 结构类别-
建筑物重要性类别
一二三二手车交易费用
上盘6砌体结构
下盘4钢筋混凝土上盘40206
结构、钢结构下盘
24124
4.2数值模拟确定的地裂缝影响范围
（1）有限元模型
本工程地裂缝场地为三类场地。为了确定地裂缝的影响范围，进行了二维有限元数值模拟计算。模型尺寸为120mX80m,5隐伏地裂缝倾角为80°模型共计9627个单元,826个节点，有限元计算模型如图9所示。模型除地裂缝带采用接触单元模拟外，其他部位均采用实体单元模拟，按照以上尺寸对模型整体划分网格，地裂缝经过处两侧网格单元加密，从而提高分析精确度。
（2）材料本构模型及参数
数值计算中土体材料选用理想的弹塑性模型，服从莫尔-库伦屈服准则，十算参数见表3、表4
。
126岩土工程技术2021年第2期
①素填上
②黄土
③中砂
④粉质黏土
⑤中砂
⑥粉质黏土
⑦中砂
⑧粉质黏土
L 图9地裂缝活动有限元模型(单位：犿)
图10为地裂缝上盘底部发生不同沉降量时地表竖向位移曲线，从图中可以看出，地裂缝两侧存在着较
为明显的差异沉降，地表沉降变形从下盘到上盘具有逐渐增大的趋势，曲线近似呈反“S”形；竖向变形梯度在下盘距地裂缝20m、上盘距地裂缝30m范围内较大，此范围以外曲线变形梯度迅速减小，差异沉降变形亦逐渐减小。随着地裂缝垂直位错量5的增大，地表沉降变形逐渐增大，曲线由平缓逐渐变得陡峭，表现出“牵引挠曲”的现象。
土体材料犈/MPa v y/(kN・m-3)c/kPa卩/(°)表3有限元模型土体材料参数表
素填土1003317.61610黄土300.3218.62818中砂60030201025粉质黏土4503219.22520
表4地裂缝计算参数
地裂缝模拟c/kPa卩/(°)法向刚度
犽n/kPa
切向刚度
犽s/kPa
接触单元参数10152800280-0.5-
—
■—^=10cm
―•―^=20cm
—*~~'S=30cm
—▼~~^=40cm
—*—^=50cm
下盘上盘
图10地表竖向位移曲线
(3)边界条件
有限元模型左、右两侧边界约束水平方向的位移，模型的上部为自由边界，下盘底部边界约束垂直方向的位移，保持不动，而上盘底部初始时约束垂直方向的位移，然后分步设定强制向下的位移5=10 cm,20cm,30cm,40cm和50cm模拟地裂缝上盘的下降过程。
(4)计算工况
高新区云轨设计年限100年，根据f5地裂缝活动速率，计算得到地裂缝在100年的垂直位错量最大不超过50cm。因此本次计算模型采取50cm作为最大沉降量。
本次模拟采用增量沉降工况见表5，分析在各个步骤增量10cm下地表竖向位移曲线。
表5增量沉降计算工况
工况初始应力12345
上盘沉降位移
/cm 010********
依据《建筑地基基础设计规范》(GB50007—
2011)，取各类建筑物的地基变形允许倾斜值最严格
的标准2%。[2]，以控制安全避让距离，即地裂缝上、
下盘平均倾斜值超过2%。的区域为地裂缝影响区范
围。地裂缝不同垂直位错量5作用下地表(地基)
平均倾斜值见表6。由表6可知，地裂缝上盘地表比亚迪f4
平均倾斜值明显大于下盘。当5=10cm时，地表
平均倾斜值大于2%0的区域为上、下盘分别距地裂
缝12m和9m范围内；当5=20cm时，地表平均
倾斜值大于2%。的区域为上、下盘分别距地裂缝21
m和9m范围内；当S z=30cm、40cm和50cm时，
地表(地基)平均倾斜值大于2%。的区域未见明显的
变化，均为上盘距离地裂缝21m，下盘距离地裂缝
12m范围内。据此得出地裂缝上盘影响区宽度D
=21m，下盘影响区宽度D=12m，地裂缝活动的
影响区范围为33m，即D=D1+犇2=33m。由此
可知f地裂缝主变形区上盘最小避让距离为21
m，下盘最小避让距离为12m
。
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