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摘要：地裂缝在世界各地均有不同程度的发生。西安市是我国受地裂缝影响最为严重的城市之一。目前对地裂缝灾害的主要处理方式是避让。根据《西安地裂缝场地勘察与工程设计规》规定，按照拟建建筑物的重要性、结构类别的不同，对地裂缝的上盘避让距离一般为6～40m，下盘避让距离为4～24m。不管是正在活动的、还是曾经活动但目前稳定的，或者隐伏的地裂缝均需按要求避让。
关键词：地裂缝；分析；扩展方向
1、地裂缝的宏观微观共性
无论是大规模的构造断裂，还是较小范围的裂缝，变形破裂的影响范围都更多的集中于上盘楔形体处。这种断裂形态的相似与土质之间没有明显的规律，而与材料几何性质密切相关。对于连续均质体而言，其抗弯刚度为EI（弹性模量×惯性矩）。对于同一断层，楔形体越到尖端处惯性矩越小，变形主要集中于此。
西安地裂缝的地表展布特征与这一结果一致。临潼——长安断裂为断裂面，西安正断组为断层上盘，西安地裂缝越近临潼——长安断裂处地裂缝间距越小，越远间距越大，这也从宏观角度印证断层上盘楔形体越近尖端其抗破坏能力越弱，地表变形破坏也较为集中的现象。
2、地裂缝的浅部剖面组合形态
（1）阶梯状构造：由几条同倾向的地裂缝与其间依次下降的地块组成阶梯状构造，主要反映了引张应力作用，是地裂缝分布区普遍存在的一种构造组合形态，存在于不同等级和规模的构造行迹中。
（2）“Y”型构造：在主地裂缝的上盘，常发育一组与主地裂缝倾向相反的分支地裂缝，组成“Y”型构造。
（3）侧羽状构造：近地表处，近于直立的主地裂缝南侧，常可见到一组密集的节理，组成侧羽状构造。侧羽状构造只有在坚硬的土层中才能见到。
3、地表形态、裂缝剖面形态与水平应力（水平位移）的关系
从拉张位移和垂直位移两种模型可看出，上盘活动以水平位移为主时，数值模型得到的上盘地表变形曲线为上凸型，裂缝处垂直位移最大，向外侧渐小，此种活动方式多产生“Y”型破裂，地表形态呈俯仰型。上盘活动以垂直位移为主，且水平向为压应力时，数值模型得到的上盘地表变形曲线为上凹型，地表越向外侧垂向位移越大，此种活动方式多产生阶梯型破裂，地表形态呈台阶型。
4、从土中一点应力状态分析
①水平应力值小于垂直应力
当断层（地裂缝）受拉张应力，且断面处产生一定空隙时，取上盘楔形体处一个单元体分析其受力情况。单元体两个垂直面受逆时针旋转的剪应力，故τxy为负值，垂直向受压应力σ1（σy），水平向为拉应力σ3（σx）（此处σ1代表较大值，σ3代表较小值）。
单元体水平受拉应力为断层拉张作用的一种结果，土体大部分为水平压应力小于垂直压应力。对于地表处，土的自重应力较小而粘聚力较大的情况，可能存在水平拉应力大于垂直压应力，相对于整个地层，其属于少数现象，在此暂不分析。
单元体受的受力情况， 根据莫尔——库伦准则，土体的破裂面与最大主应力夹角为45+ψ/2，与水平应力σ1的夹角为β1：
故σ1逆时针旋转β1为得到的面为该情况下的破裂面，破裂面与水平夹角为β1，范围为 <β1<，可见破裂面与断层呈“Y”字型。
②水平应力大于垂直应力
当断层（地裂缝）受挤压应力，且上盘相对下降时时，取上盘楔形体处一个单元体分析其受力情况。单元体两个垂直面受顺时针旋转的剪应力，故τxy为正值。
单元体受的受力情况如所示， 根据莫尔——库伦准则，土体的破裂面与最大主应力夹角为45+ψ/2，与水平应力σ1的夹角为β2：
β2=
故σ1逆时针旋转β2为得到的面为该情况下的破裂面，破裂面与水平夹角为：
90°-β2= （<β2<）
從值中可见，剪应力相对较小时，破裂面与水平夹角较大，剪应力相对较大时，破裂面与水平夹角也较小。可见破裂面与断层呈阶梯型。
综合上数值模拟的结果和应力状态的分析，认为断层的次生裂缝与主裂缝组成何种形态，主要因素为水平应力的大小。
5、地裂缝上部建筑破坏分析
从地面调查的结果来看，墙体的裂缝有的先从下部斜向上发展，倾向与地裂缝相反；有的先从上部被拉裂，近垂直向下发展。先从方位破裂，也是哪个位置先达到抗拉强度问题（据第一强度理论）。将诸多建筑物破裂的现象简化为以下两种模式：
1、简支梁模式
当地裂缝沉降范围小于建筑的范围，位于地裂缝上下盘的建筑两侧均有支撑，而地裂缝两侧范围内与建筑脱离，分析模型可简化为简支梁；当地裂缝沉降范围在建筑物底部范围内，建筑两侧有地基支撑，中间某部分悬空，则可简化为简支梁。
2、悬臂梁模式
当地裂缝沉降范围大于建筑的范围，位于上盘的建筑相当于有固定支撑，位于上盘的建筑下部无支撑，分析模型可简化为悬臂梁。
物体中部为中性面，上部为拉应力区，下部为压应力区。分别在这三个位置提取微单元“1”、“3”、“2”。受力情况，单元1的主拉应力与水平向夹角为45°；单元2受到到水平向压力影响，主拉应力顺时针转动，夹角大于45°；单元3，受水平拉应力影响，主拉应力逆时针转动，夹角小于大于45°。根据第一强度理论，单元的破坏由最大拉应力导致，那么其破坏面与水平夹角从下到上为：小于45°、等于45°、大于45°。
6、近地表处裂缝扩展方向
从破坏现象来看，浅部地裂缝的裂缝展布形式是由地层深部和上部建筑物的共同作用所致，故较为复杂。
地表处的裂缝扩展情况较为多变，地层深部和建筑上的裂缝均能在地表找到相似的展布。有些与下部倾向一致，有些近直立，在某些小型物理模型试验中也出现了破裂面曲性反转的现象，在部分地层剖面发现破裂面急转，倾向下盘。
1号破裂：
当土层与下部隐伏断裂的力学性质相近，且水平为压应力时，将产生此种裂缝。其形成机制同深部土层的破裂相同。破裂角由第一主应力方向和土的内摩擦角共同决定。
2号破裂：
当第一主压应力与水平夹角为45?+φ/2（φ为内摩擦角）时，理论上会产生此类破裂；当在水平拉张应力下，某深度达到一定错动量，使地表产生拉应力区，且土层抗拉能力较小时，将会产生此类破裂。
3号破裂：
裂缝从倾向上盘到直立之间的情况，主要由第一主应力方向影响和内摩擦角控制。但当上盘有向下的位移时，由于土层有一定的强度（抗拉、抗剪能力），使其有一定整体性，而上盘近裂缝处又存在一定范围垂直应力降低区，此时，上部土层的受力情况相当于梁，即产生倾向下盘的裂缝。前阶段破裂主要受水平应力控制，后阶段主要受土的强度控制。
4号破裂：
此种破裂又可分为两种情况：一是裂缝发展时直接转向，而是在主裂缝形成后才形成。
对于①隐伏裂缝的转折扩展：其与4号破裂一直。主要由表层土的强度主导。当上盘下降时，将产生应力降区，上部土层由于强度大，与两侧的土层能保持连续，受力情况属于简支梁问题。其裂缝的倾角与应力降区的宽度有关，其宽度越大，倾角越小。
7结论：
1、断层（地裂缝）上盘较下盘破碎的本质原因是楔形体的几何体的截面惯性矩大小不一，越近楔形体尖端抗弯能力越弱，在相同力的作用下越近尖端越易破坏。
2、地裂缝及其次生裂缝的扩展方向主要由水平应力控制，水平应力为拉应力时，次生裂缝易呈“Y”型，水平应力为压应力时，次生裂缝易阶梯型。
3、上部建筑墙体的裂缝倾向下盘，其破坏本质与简支梁、悬臂梁裂缝的产生相同，破坏机制为拉裂和剪切破坏。土体的力学性质对破裂面的倾向有一定影响，近地表土层较硬处，裂缝易出现垂直及反转现象。
参考文献
[1]西安地裂缝场地勘查与工程设计规程[S].DBJ61-6-2006，2006
关键词：地裂缝；分析；扩展方向
1、地裂缝的宏观微观共性
无论是大规模的构造断裂，还是较小范围的裂缝，变形破裂的影响范围都更多的集中于上盘楔形体处。这种断裂形态的相似与土质之间没有明显的规律，而与材料几何性质密切相关。对于连续均质体而言，其抗弯刚度为EI（弹性模量×惯性矩）。对于同一断层，楔形体越到尖端处惯性矩越小，变形主要集中于此。
西安地裂缝的地表展布特征与这一结果一致。临潼——长安断裂为断裂面，西安正断组为断层上盘，西安地裂缝越近临潼——长安断裂处地裂缝间距越小，越远间距越大，这也从宏观角度印证断层上盘楔形体越近尖端其抗破坏能力越弱，地表变形破坏也较为集中的现象。
2、地裂缝的浅部剖面组合形态
（1）阶梯状构造：由几条同倾向的地裂缝与其间依次下降的地块组成阶梯状构造，主要反映了引张应力作用，是地裂缝分布区普遍存在的一种构造组合形态，存在于不同等级和规模的构造行迹中。
（2）“Y”型构造：在主地裂缝的上盘，常发育一组与主地裂缝倾向相反的分支地裂缝，组成“Y”型构造。
（3）侧羽状构造：近地表处，近于直立的主地裂缝南侧，常可见到一组密集的节理，组成侧羽状构造。侧羽状构造只有在坚硬的土层中才能见到。
3、地表形态、裂缝剖面形态与水平应力（水平位移）的关系
从拉张位移和垂直位移两种模型可看出，上盘活动以水平位移为主时，数值模型得到的上盘地表变形曲线为上凸型，裂缝处垂直位移最大，向外侧渐小，此种活动方式多产生“Y”型破裂，地表形态呈俯仰型。上盘活动以垂直位移为主，且水平向为压应力时，数值模型得到的上盘地表变形曲线为上凹型，地表越向外侧垂向位移越大，此种活动方式多产生阶梯型破裂，地表形态呈台阶型。
4、从土中一点应力状态分析
①水平应力值小于垂直应力
当断层（地裂缝）受拉张应力，且断面处产生一定空隙时，取上盘楔形体处一个单元体分析其受力情况。单元体两个垂直面受逆时针旋转的剪应力，故τxy为负值，垂直向受压应力σ1（σy），水平向为拉应力σ3（σx）（此处σ1代表较大值，σ3代表较小值）。
单元体水平受拉应力为断层拉张作用的一种结果，土体大部分为水平压应力小于垂直压应力。对于地表处，土的自重应力较小而粘聚力较大的情况，可能存在水平拉应力大于垂直压应力，相对于整个地层，其属于少数现象，在此暂不分析。
单元体受的受力情况， 根据莫尔——库伦准则，土体的破裂面与最大主应力夹角为45+ψ/2，与水平应力σ1的夹角为β1：
故σ1逆时针旋转β1为得到的面为该情况下的破裂面，破裂面与水平夹角为β1，范围为 <β1<，可见破裂面与断层呈“Y”字型。
②水平应力大于垂直应力
当断层（地裂缝）受挤压应力，且上盘相对下降时时，取上盘楔形体处一个单元体分析其受力情况。单元体两个垂直面受顺时针旋转的剪应力，故τxy为正值。
单元体受的受力情况如所示， 根据莫尔——库伦准则，土体的破裂面与最大主应力夹角为45+ψ/2，与水平应力σ1的夹角为β2：
β2=
故σ1逆时针旋转β2为得到的面为该情况下的破裂面，破裂面与水平夹角为：
90°-β2= （<β2<）
從值中可见，剪应力相对较小时，破裂面与水平夹角较大，剪应力相对较大时，破裂面与水平夹角也较小。可见破裂面与断层呈阶梯型。
综合上数值模拟的结果和应力状态的分析，认为断层的次生裂缝与主裂缝组成何种形态，主要因素为水平应力的大小。
5、地裂缝上部建筑破坏分析
从地面调查的结果来看，墙体的裂缝有的先从下部斜向上发展，倾向与地裂缝相反；有的先从上部被拉裂，近垂直向下发展。先从方位破裂，也是哪个位置先达到抗拉强度问题（据第一强度理论）。将诸多建筑物破裂的现象简化为以下两种模式：
1、简支梁模式
当地裂缝沉降范围小于建筑的范围，位于地裂缝上下盘的建筑两侧均有支撑，而地裂缝两侧范围内与建筑脱离，分析模型可简化为简支梁；当地裂缝沉降范围在建筑物底部范围内，建筑两侧有地基支撑，中间某部分悬空，则可简化为简支梁。
2、悬臂梁模式
当地裂缝沉降范围大于建筑的范围，位于上盘的建筑相当于有固定支撑，位于上盘的建筑下部无支撑，分析模型可简化为悬臂梁。
物体中部为中性面，上部为拉应力区，下部为压应力区。分别在这三个位置提取微单元“1”、“3”、“2”。受力情况，单元1的主拉应力与水平向夹角为45°；单元2受到到水平向压力影响，主拉应力顺时针转动，夹角大于45°；单元3，受水平拉应力影响，主拉应力逆时针转动，夹角小于大于45°。根据第一强度理论，单元的破坏由最大拉应力导致，那么其破坏面与水平夹角从下到上为：小于45°、等于45°、大于45°。
6、近地表处裂缝扩展方向
从破坏现象来看，浅部地裂缝的裂缝展布形式是由地层深部和上部建筑物的共同作用所致，故较为复杂。
地表处的裂缝扩展情况较为多变，地层深部和建筑上的裂缝均能在地表找到相似的展布。有些与下部倾向一致，有些近直立，在某些小型物理模型试验中也出现了破裂面曲性反转的现象，在部分地层剖面发现破裂面急转，倾向下盘。
1号破裂：
当土层与下部隐伏断裂的力学性质相近，且水平为压应力时，将产生此种裂缝。其形成机制同深部土层的破裂相同。破裂角由第一主应力方向和土的内摩擦角共同决定。
2号破裂：
当第一主压应力与水平夹角为45?+φ/2（φ为内摩擦角）时，理论上会产生此类破裂；当在水平拉张应力下，某深度达到一定错动量，使地表产生拉应力区，且土层抗拉能力较小时，将会产生此类破裂。
3号破裂：
裂缝从倾向上盘到直立之间的情况，主要由第一主应力方向影响和内摩擦角控制。但当上盘有向下的位移时，由于土层有一定的强度（抗拉、抗剪能力），使其有一定整体性，而上盘近裂缝处又存在一定范围垂直应力降低区，此时，上部土层的受力情况相当于梁，即产生倾向下盘的裂缝。前阶段破裂主要受水平应力控制，后阶段主要受土的强度控制。
4号破裂：
此种破裂又可分为两种情况：一是裂缝发展时直接转向，而是在主裂缝形成后才形成。
对于①隐伏裂缝的转折扩展：其与4号破裂一直。主要由表层土的强度主导。当上盘下降时，将产生应力降区，上部土层由于强度大，与两侧的土层能保持连续，受力情况属于简支梁问题。其裂缝的倾角与应力降区的宽度有关，其宽度越大，倾角越小。
7结论：
1、断层（地裂缝）上盘较下盘破碎的本质原因是楔形体的几何体的截面惯性矩大小不一，越近楔形体尖端抗弯能力越弱，在相同力的作用下越近尖端越易破坏。
2、地裂缝及其次生裂缝的扩展方向主要由水平应力控制，水平应力为拉应力时，次生裂缝易呈“Y”型，水平应力为压应力时，次生裂缝易阶梯型。
3、上部建筑墙体的裂缝倾向下盘，其破坏本质与简支梁、悬臂梁裂缝的产生相同，破坏机制为拉裂和剪切破坏。土体的力学性质对破裂面的倾向有一定影响，近地表土层较硬处，裂缝易出现垂直及反转现象。
参考文献
[1]西安地裂缝场地勘查与工程设计规程[S].DBJ61-6-2006，2006