(5) 变异性:表现为活动速率的超长性,空间上的非规律性变化,及反向活动性特点。如南二环长安立交桥从1995 8～1996 9,最大垂直位错达120mm,活动速率为100mm/a,而1970～1990年平均速率才13mm/a,最大速率为32 9mm/a。

　　由于地裂缝的不断活动,使得地裂缝周围的地质体发生位移,产生局部应力场和形变场,从而造成地下洞室、路基、管道变形或剪断。

　　2 理论分析

　　2.1 弱面及其破坏准则

　　西安市地裂缝内大部分无填充物,少部分填充来自地表的浮土或水流带来的淤泥质土,填充疏松,比周围土层松散,沿地裂缝两侧力学参数比周围土体要小,本文因此把地裂缝作为相对周围土体强度较弱的1个面来处理。地铁洞室在开挖过程中,围岩既可能沿着弱面发生破坏,也可能是围岩本身的塑性流动或受拉破坏,这与弱面在围岩中所处的位置及产状有密切的关系。

　　弱面分平面弱面和空间弱面2种,平面弱面就是假定弱面走向与隧洞轴线方向平行,因而表示这组弱面只需要1个参数———倾角β0。空间弱面就是弱面走向与隧洞轴线方向不平行,存在一个夹角γ0,由β0和γ0这两个参数才能确定弱面的位置,当γ0=0时,空间弱面实际上就成为平面弱面。

　　弱面土体强度由土体强度和弱面强度两部分组成,因而弱面土体的破坏形式有两种:1种是土体部分出现受拉破坏或压剪破坏,另1种是弱面本身出现受拉或压剪破坏。实际中一般土体强度与弱面强度的差值较大,这是只考虑弱面的破坏,而不考虑土体的破坏。根据郑颖人等的研究成果[4],平面情况下弱面的破坏准则为:

　　2.2　地裂缝区圆形隧洞围岩剪裂区的应力分布

　　当圆形隧道围岩弱面应力不超过弱面强度时,围岩处于弹性状态,如果不考虑弱面的各向异性,则可应用各向同性的弹性力学计算围岩的应力与位移[5]。为了求得围岩剪裂区的应力值,郑颖人等提出了近似计算方法,其前提条件是假设围岩剪裂区中径向塑性应力σpγ的数值和分布形状与弹性应力σeγ大致相近,且认为塑性区主应力方向也与弹性力学场类似,因而可以假定σpγ=σeγ,并具有与弹性应力场相同的主应力方向,然后应用莫尔—库仑准则求得塑性区切向应力σpθ和剪应力τpγθ,由此有剪裂区塑性应力:

　　3 西安市地裂缝对围岩稳定性影响的研究

　　这里仅对西安市近期地铁工程Ⅰ号线为例进行研究,Ⅰ号线斜跨于3条地裂缝之上。一是与和平门地裂缝在幸福路与长乐路交汇处相交F6,该地裂缝出露总长度10 40km,走向大致NE70°。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。二是与西工大—西北大学地裂缝于长乐西路相交F7,该地裂缝出露总长度5 38km,总体走向NE30°,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。三是与劳动公园地裂缝在莲湖路相交F8,该地裂缝总长度4 35km,总体走向NE75°,倾角85°,发育带宽度15～45m。在城区东、西两段活动较强,致灾严重。

　　以西安地区某些工程实例中50个土样的残剪值的统计值得出结论,弱面土的物理力学指标为隧道围岩土物理力学指标的1/6～1/2(Cj值),1/5～1/2(φj值)。在该范围内取值,Cj:10 9kPa,φj:10 1°。假设西安地铁为一半径r0=5m的圆形隧道,由于地裂缝对地铁洞室围岩产生的主要是剪切破坏,必然处于塑性状态,此时,可假设土的侧压力系数λ=1,则土体初始应力为P=Σγh(表1)。