地裂缝调查与监测的技术方法
在国家自然科学基金、国土资源部、中国地质调查局和地方政府的支持和资助下，长安大学地裂缝与地面沉降研究组形成了包括地裂缝调查内容、调查方法和技术要求、地裂缝监测内容、监测方法和技术要求、地裂缝评价内容、评价方法和指标体系等一整套成果。
1.形成了一套系统的地裂缝调查方法。
根据不同成因类型地裂缝的特点，提出了不同的调查内容和工作方法，以及不同比例尺地裂缝调查的精度要求。
2.形成了一套完整的地裂缝场地勘察方法。
1)根据地裂缝的揭露和不同的勘探标志层，划分了地裂缝场地类型(ⅰ、ⅱ、ⅲ)，提出了不同地裂缝场地的具体勘探手段和技术要求。
2)发展了地裂缝精细探测和高精度解释技术。利用多次覆盖反射法对采集数据进行检测，拾取初至反射波信息，利用ct成像技术，反演浅层速度场(图1)。开发的CT成像信息处理技术能有效识别浅层地裂缝，解决了50m浅层地裂缝定位探测的技术难题。
图1 CT成像有效识别浅层裂缝信息解释剖面。
3.提出了不同类型地裂缝的成因模式和机理研究方法。
包括结构裂缝控制(图2至图3)、应力引导裂缝(图4)和泵送裂缝扩展(图5至图7)。
4.提出了地裂缝监测的方法、内容和技术标准，发展了高精度GPS监测、InSAR监测及其融合监测技术和监测设备。
GPS监测数据的精处理方法(图8)实现了垂直精度高于3 mm的地面沉降地裂缝变形特征监测能力；开展InSAR技术、小基线(SBAS)技术、人工角反射器(CR)技术、新卫星和多卫星平台InSAR处理、SAR内监测后处理方法，对不同区域的地裂缝进行监测，达到“毫米”量级的监测精度；基于GPS监测点移动人工角反射器的GPS与CR-InSAR融合技术，以及CR与GPS融合的InSAR误差修正模型和方法，实现了1 ~ 2mm量级的地裂缝高精度监测。开发了地裂缝三维实时动态监测仪器，包括基于GPS运动的人工角反射器和地裂缝三维形变测量仪(图9)。
图2 Xi安地区深部构造孕裂模型
图3临潼长安断裂的地裂缝模型。
图4渭河盆地地裂缝与区域构造应力的关系
5.建立了地裂缝评价指标体系，提出了地裂缝综合分类方案和综合评价方法。
地裂缝的评价内容包括地裂缝的成因判定、活动性评价、趋势预测、灾害机理分析和风险评价；评价指标包括松散地层沉积相及厚度、含水层分布、地层结构、地形地貌、岩土物理力学性质、地裂缝历史灾害程度、地下水位埋深、地下水开采强度及其他人类工程活动等。评价方法包括遗传算法、人工神经网络、灰色聚类分析、模糊综合评价、层次分析法、地理信息系统等。地裂缝按规模分为巨型、特大型、大型、中型和小型；按力学性能可分为剪切型、拉伸型、拉剪型和压剪型；按开放程度可分为封闭型、分裂型、开放型、宽型、极宽型和极宽型；按活跃程度分为强活跃、强活跃、中活跃、弱活跃；按主次关系分为主裂缝、支裂缝和次裂缝；按形成原因可分为构造型(断层蠕动和地震裂缝)、非构造型(塌陷、沉陷、胀缩和滑坡裂缝等)。)和复合型(沉降和结构耦合)。
图5地裂缝与地面沉降中心的关系
图6粘土层差异沉降压缩裂缝扩展模式
图7含水层水平位移裂缝扩展模式
图8高精度HPGPSADJ软件和GPS后处理软件
图9地裂缝三维变形测量仪
二、适用范围及应用实例
地裂缝调查与监测的技术方法可应用于地质灾害、城市建设规划、工业与民用建筑、公路、铁路、生命线等不同阶段的勘察设计。该技术方法已成功应用于魏奋盆地、华北平原、东北和华东地区的地裂缝调查和监测(图10、图11)、Xi安地铁(图12)、大安高铁(图13)和北京未来科技城(图13)，为各大城市和重大工程的减灾防灾做出了贡献，并已在
图10渭河盆地Xi地区地裂缝监测
图11太原盆地清徐地裂缝监测图
图12 Xi地铁4号线沿线地裂缝风险评估
图13大安至Xi安高速铁路沿线地裂缝调查结果
图14北京未来科技城国家电网智能电网研究院地裂缝场地勘察评估结果
第三，促进转变方式
该成果获得省部级科技一等奖3项，发表核心期刊论文247篇，其中SCI论文41篇，EI论文102篇，出版学术专著3部，获得国家专利8项，软件著作权3项，在国内外产生了较大的学术影响。在第三届全国岩土工程学术会议、2009年至2012年全国工程地质会议、第三届全国地面沉降防治与“中国西部地质灾害防治”研讨会、第五届日本“东亚”地区地质灾害减灾国际研讨会等国际学术会议上，得到了国内外同行的广泛认可，特别是国际工程地质与环境协会(IAEG)主席Carlos Delgado教授对这一成果给予了高度评价。
这一成果可以通过宣传报道、会议交流、人员培训、技术咨询、现场服务等方式进一步推广应用。
技术支持单位:长安大学
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