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西安地裂缝群是中外地质学家共同瞩目的城市环境地质灾害,是地质因素和人为因素共同作用所造成。西安地裂缝群已给西安的城市建设、工农业生产和人民生命财产造成了极大损失,严重地制约了西安市国民经济的发展和对外经济合作,在实施西部大开发的战略形势下,西安地裂缝群的研究工作具有十分重要的现实意义,会产生直接的经济效益和社会效益。本文对西安地裂缝群现今活动状况、成因机理、GM量化分析、防治对策几方面进行了论述、量化分析,并提出了相应的结论和建议。
西安地裂缝孕育、发生、发展在特殊的盆岭地貌基础上,以相似的几何形态近NEE方向呈带状平行等间距展布在155km2的四边形范围内。据各种技术勘探手段勘测,目前得到确认的地裂缝带共有11条,它们在二维空间内存在以垂直下降,水平引张、水平扭动活动,其活动速率存在差异,二者活动量比例接近1:0.3:0.06。垂直下降量为最大,其代表了两安地裂缝的总体宏观活动走势。地裂缝带所经之处,造成土体的工程地质性状变化,工程地质性质弱化,使土体接近人工杂填土,造成建筑物墒体开裂,地基下沉,街道路面变形,生命管线被错断,名胜古迹受到严重危害等等。
在对西安地裂缝群的成因机理认识上,存在许多争鸣观点,其中构造控制成因说和抽水致裂成因说最具代表性,但由于它们自身的局限性均难以全面解释地裂缝群的活动特征。本文倾向多成因观点,认为:西安地裂缝群受区域构造控制,临潼—长安断裂带上盘发育一系列次级断裂,西安地裂缝群因袭了这些先存断裂发育,过量抽取地下承压水加剧了其活动或激发了其超常活动。
西安地裂缝的研究现已深入到量化阶段。以地裂缝垂直活动量系列监测数据进行西安地裂缝的GM量化分析研究具有一定的代表性和实用性。本文根据灰色系统理论的研究思想,把近年来地裂缝垂直活动量作为灰色量,把地裂缝随机活动过程当作灰色过程,通过数据生成,将地裂缝活动原始数据整理成规律性较强的生成数据,再建模分析计算,发现和寻找地裂缝活动的规律,预测未来几年的地裂缝活动量,为西安地裂缝持续深入研究和治理提供量化依据。其中以地裂缝垂直活动量序列数据为主系统,以对应序列的地面沉降和承压水位变幅为子系统,建立了西安地裂缝活动的GM(0,N)和GM(1,1)数学模型。从GM(0,3)和GM(0,2)数学模型得出了结论:1)西安地裂缝活动在受构造控制的前提下,活动激化的主要影响因素是抽取地下承压水导致的地面沉降和承压水位变幅,且地面沉降是地裂缝活动加剧的直接因素;2)地面沉降、承压水位变幅在不同地形坡度、降雨量地段对地裂缝活动影响存在差异,地裂缝活动相对于地面沉降、承压水位变幅具滞后性;3)承压水位变幅对地裂缝活动的影响并非简单的线性叠加,而是以引起地面沉降量进行叠加的;4)技工学校、省委8号院等四个计算点的GM(0,3)模型经检验可靠度高,可应用于地裂缝灾害治理,韩森塞、秦川厂计算点误差大,无实际指导意义,但对前三条结论具辅证作用。从GM(1,1)模型得出了西安地裂缝活动基本符合GM(1,1)的单序列一阶线性动态变化规律,所建立的模型与实际拟合好,可以作为预测模型。但由于数学模型普遍存在缺陷,故为了提高GM(1,1)的预测精度,采用等维新息递补预测的GM(1,1)模型对西安市地裂缝活动进行预测。预测精度较高。预测结果表明西安地裂缝活动正逐年减弱,到2004年减小50~60%(相对98,99年度),并趋于单一的区域构造活动量控制。西安地裂缝的量化研究结果为地裂缝的防治提供了依据:控制承压水开采,降低地面沉降,可减小地裂缝活动速率,故在采取被动防治对策的基础上,应采取主动防范措施,优先治理地裂缝活动量大、危害程度重的区段。