壹、內容概述
地裂縫地質災害給我國及世界各國工程建設、社會經濟以及可持續發展帶來了嚴重危害，其防災減災屬世界性難題。在國家自然科學基金委、國土資源部、中國地質調查局及地方政府的支持下，長安大學承擔了國家自然科學基金重點項目“汾渭盆地地裂縫成因機理與大陸動力學”、國土資源大調查項目“汾渭地區地裂縫地面沈降監測與防治研究”以及西安市地鐵科技專項“西安地裂縫對地鐵工程的危害及防治措施研究”等十余項科研項目。這些項目以城市地裂縫為研究對象，結合我國目前大規模的城市軌道交通、高速鐵路等重大工程建設，圍繞地裂縫可能引起的重大關鍵科學技術問題開展系統深入研究，在地裂縫綜合防治技術方面取得了壹批原創性的研究成果：
1）提出了建（構）築物地裂縫災害防治技術方法。提出了地裂縫場地不同基礎形式的建築物的安全避讓距離（表1）、設防寬度和上覆土層的安全厚度，其成果均已進入行業規程中，避免了大量工程建築災害，節省了大量建設用地，為國際城市地裂縫減災提供了示範。
表1 地裂縫場地建築物最小避讓距離 單位：m
2）提出了地鐵工程適應地裂縫大變形的關鍵技術，成功解決了我國城市軌道交通建設中的地裂縫防治技術難題。針對地裂縫對地鐵隧道的危害，創新提出了結構分段設變形縫、柔性接頭連接、局部擴大斷面和封閉的防水結構等適應地裂縫變形的4種隧道結構形式（圖1至圖3）及結構設防參數，並通過多種工況的大型物理模型試驗和數值仿真模擬（圖4，圖5），驗證了所提結構措施方案的適宜性與安全性，並已應用於西安地鐵工程設計和施工中。
圖1 隧道分段設縫結構措施方案
圖2 防水結構方案
1—結構；2—橡膠板；3—聚苯乙烯硬質塑料泡沫；4—鉚釘確保橡膠與襯砌可靠固定；
5—2～3mmU型薄鋼板；6—高密度PE板；7—Ω型止水帶及配套裝置；8—預設註漿孔
圖3 分段設縫隧道大型模型試驗
圖4 大型物理模型試驗
圖5 不同工況下的有限元數值模擬仿真
3）提出了高速鐵路、高速公路以及地下管線工程地裂縫災害防治技術。通過大型物理模型試驗和數值仿真分析（圖6至圖9），發現路基的破壞模式為彎曲 扭剪破壞；橋梁破壞模式為落梁、錯位和剛性扭剪破壞模式；地下管道破壞模式為端部上翹的懸臂梁破壞模式和反向彎曲的彈性地基梁破壞模式。提出了道路、橋梁、地下管道的抗裂設計方案。
圖6 地裂縫引起路基變形及處理措施
圖7 地裂縫引起橋梁變形模擬仿真
圖8 地裂縫與管道模型試驗
圖9 西安市地下管網與地裂縫交匯平面圖
4）形成了城鎮地裂縫綜合減災技術方法。其中，推出的地下水優化開采方案，有效減緩了我國黃土地區內陸盆地地裂縫的活動，實現了防控地裂縫基礎上的地下水合理開發利用（圖10至圖13）。
圖10 西安地區地裂縫地面沈降控災模型
圖11 西安地區水土耦合三維滲流模擬
圖12 實施地下水限采方案後地裂縫活動速率減緩曲線
圖13 地下水回灌使傾斜的大雁塔歸正復位
圖14 西安地區地裂縫地面沈降信息管理系統
5）建立了西安地裂縫地面沈降災害預警信息管理系統（圖14）。為西安城市建設規劃與地裂縫災害防治提供了信息服務和決策依據，也為我國其他城市地裂縫災害預警信息管理提供了技術示範。
該成果不僅涵蓋了當前國內外地裂縫與地面沈降研究領域的最新理論與方法，而且結合重大工程實踐中出現的新問題，吸收了近年來現代地質學、工程地質學、巖土工程學、地球物理學以及遙感測繪科學等領域的新方法和新技術，提出了壹系列防控地裂縫與地面沈降災害的新的理論和方法（圖15）。
圖15 研發的儀器設備
二、應用範圍及應用實例
項目成果已廣泛應用到全國地質災害調查與評價、地質災害監測預警工程、城市防災減災以及高速鐵路、高速公路、長輸管線和城市管網等重大工程建設中，形成了全國地裂縫減災技術示範，並將我國地裂縫研究推進到國際前沿水平。
1.在國家地質災害預警與防治方面應用
該成果已應用於北京、哈爾濱、河北、山西、陜西、上海、蘇錫常等地區的地裂縫地面沈降的調查、探測、監測與防治工作中，有效地指導了這些地區的地裂縫地面沈降監測防治工作，提升了行業技術水平。
2.在城市地鐵建設方面應用
該成果已應用於西安地鐵1～3號線的設計與施工中，為地鐵2號線的安全運營提供了技術支撐，並將繼續為西安市其余12條地鐵的建設提供重要技術支持。
3.在高速鐵路、公路建設方面應用
該成果已應用於陜西及西安市多條高速公路、大西客運專線等高速鐵路的勘察設計中，為該高速公路及鐵路的選線與設計提供了重要技術支撐，保障了穿越地裂縫帶公路工程的安全運營。
4.在大型引水工程方面應用
該成果已應用於西安市黑河引水工程的勘察設計與施工中，解決了輸水管網的地裂縫減災技術難題，為西安市的用水安全提供了技術保障。
5.在長輸管線工程方面應用
該成果被長慶科技工程有限責任公司（設計院）應用於靖鹹輸油管線和西氣東輸管線等工程的勘察設計中，成功地解決了輸油（氣）管線地裂縫減災難題。
6.在城市建設方面應用
該成果已推廣應用到西安、北京、大同等多個城市的地裂縫防災減災中，節約建設用地和減輕工程災害損失所產生的潛在經濟效益巨大，並已被國際工程地質協會確定為國際城市地裂縫減災技術示範。
該成果目前已被國內廣泛應用於教學、科研和生產實踐中，社會經濟效益顯著。該成果成功地解決了西安地鐵隧道防治地裂縫災害的系列重大技術難題，應用於西安市黑河引水管道工程節約投資1.5億元，應用於長慶油田基礎建設中節約投資1.8億元。由於我國地裂縫和地面沈降災害較為嚴重，該成果將繼續在我國地裂縫和地面沈降災害防治與監測領域發揮重要作用，具有十分廣泛的應用前景。
三、推廣轉化方式
1）該成果已在第三屆全國巖土與工程學術大會、2009～2011年全國工程地質大會、第三屆全國地面沈降防治學術研討會以及Prevention of Geo-Hazards in Western China and The Fifth International Symposium on Mitigation of Geo hazards in Area around Japan Sea等國際學術會議上進行了交流（圖16），獲得國內外同行的廣泛認可。
圖16 國內外學術交流
2）項目培養了博士、碩士67人，培訓地質災害監測與防治技術人員350余人，形成了全國地裂縫防治人才培養的主要基地。
3）項目已獲國家科技進步二等獎1項、省部級科學技術壹等獎3項，發表核心期刊論文247篇，其中SCI收錄論文41篇、EI收錄論文102篇，出版學術專著3部，獲國家專利8項、軟件著作權3項，在國內外產生了重大學術影響，並將我國地裂縫研究推進到國際前沿水平。
技術依托單位：長安大學
聯系人：楊紅斌
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