断裂构造的工程影响意义
摘要：从工程建设的角度出发，断裂可划分为活动断裂和非活动断裂。活动断裂又可进一步分为单一活动断裂和复合活动断裂。本文分别对其进行了讨论，分析其附近的应力分布方位和量值的变化，得出了一些初步的规律，为工程建设提供一个基本的参考。
关键词：活动断裂；非活动断裂；工程影响
1前言
地应力是地质环境和地壳稳定性评价、地质工程设计和施工的重要基础之一，也是影响地质工程的重要环境因素之一[1]。地震活动、活断层的活动和水库诱发地震都是地应力局部集中的结果，而岩体稳定性受控于地应力作用下形成的各种结构面和现今地应力场与岩体的相互作用。已有越来越多的证据表明，在高岩体应力区内，地表和地下工程施工期间所进行的岩体开挖工作往往能引起一系列与应力释放相关联的变形和破坏现象，其后果不但会恶化地基或边坡岩体的地质条件，而且作用的本身有时会对建筑物造成直接的影响[2]。岩体与其他材料的最大区别是岩体中存在各种尺度的不连续面，包括节理、裂隙、断层等。在岩体稳定性分析和构造稳定性评价中，人们往往首先考虑的是这些不连续面，因此，对断裂构造的研究，对于服务工程设计和施工来说是十分有意义的。
2活动断裂的影响
目前普遍认为，活断层实际上就是现今地应力场中应力集中程度较高的断裂带，同时它的持续活动又将导致其附近区域地应力进一步重新分布，所以在活断层或活动板断块的特定部位，往往形成很高的局部构造应力集中区。通常是局部压应力集中区是近代的隆起和推挤构造形成的地带，往往伴有逆断型的强震活动；局部拉应力集中区则是近代的拗陷和拉分型构造的形成地带，有时则伴有正断机制的地震。一条断裂带的现今活动，主要是构造应力作用的结果。由于断裂的活动，反过来又影响断裂周围地区的应力场。特别是断裂附近的最大剪应力，明显的受断裂活动程度和断裂规模的影响。当区域应力加强到能克服断裂面上的摩擦力时，断裂就发生蠕滑、位移，附近的剪应力即发生变化，常表现为低于区域剪应力[3]。
2.1单一活动断裂的影响
1979年，Sbar等人采用钻孔应力解除法在帕姆代尔地区的圣安德列斯断层附近进行了应力测量，发现其应力明显的受右旋走向滑动的圣安德列斯断层控制。李方全等[4]在郯庐断裂带进行了两个剖面的测量。从测量结果看，各测点
最大主应力值的大小和方向变化比较大，但离断裂带较远的测点其最大主应力的方向与华北地区最大主应力方向一致。丁旭初等[5]对洱海断裂附近的地应力测量，廖椿庭等[5]对金川矿区F1断裂附近的地应力测量以及乔兰等[6]对山东某金矿的地应力测量，均表明，活动断裂附近主应力方位的分布是十分复杂的，与区域主应力方向相比，在断裂附近的应力方位均不同程度的变化，表现为与区域主应力方向不一致，与断层呈一定夹角，且这种变化主要限于断裂附近一定区域内，远离断裂，主应力方位逐渐趋于与区域应力方位一致。
龙羊峡坝址地区的北大山水沟断裂地区的应力测试，在断裂附近，应力值较高，远离断裂，应力值较低。八宝山断裂的实测应力值则随距断层距离的增大而增大。近年来在断层附近进行的地应力测量结果表明，活动断层附近的应力值变化是十分复杂的，既有应力增大地段，也有应力降低的地段，是断层的活动、断层不同段的几何形态的差异等因素造成应力值分布的复杂性。而关于断裂带附近地应力异常的成因，一些学者认为有以下几种可能：一是由于断层活动（例如蠕变）释放了能量；另一种是由于断层水的作用，使得断层附近的岩石强度降低。此外，断层附近的岩石软化和断层泥的作用以及地下热流等因素的影响，也都使应力值降低。
2.2复合活动断裂的影响
自然界的断裂往往以一定形式组合在一起，构成一个地区的断裂构造图像，而且单一活动断裂对地应力场的影响与复合活动断裂对地应力场的影响是有很大差别的，从而其对地震活动和工程建设有不同的影响。
断裂的复合型式是十分复杂的，从规模上，大到全球断裂体系的复合，小到一块手标本上的裂隙的复合；从几何关系上，又可呈不同的组合关系。在我国，云南丽江地区[7]和四川岷江上游地区地震[8]等地质灾害频繁发生，研究表明，这些地区的地震活动和其他地质灾害的发生主要与活动断层的发育以及不同的断裂的复合有关。复合活动断裂能造成复合部位的局部应力集中，产生地震和其他高地应力现象。复合断裂对地应力的影响主要表现在复合的断裂的几何关系上。复合断裂中某一单一断裂的几何形态对断裂影响区内的应力状况也有较大的影响。
由于目前已有的在活动断裂附近的应力测量资料较少，据现有资料难以总结出能用于工程实践的定量性的规律，因此，在已有资料的基础上，进行有效地数值模拟分析，探讨其变化规律和机理十分必要。由于影响断裂附近的地应力状态的因素较多，因此在使用有限元或离散元方法进行模拟时，我们要有选择性的对相对比较重要的有关参数进行分析。其中，认为影响比较重要的4个参数为：①边界应力比值；②边界应力方向和断裂之间的夹角；③断裂两侧的岩石的物理力学性质（变形模量、剪切模量、内摩擦角、内聚力）；④断裂的力学性质（断裂法向刚度、切向刚度、内摩擦角、内聚力）。
3非活动断裂的影响
从工程建设的角度出发，断裂可划分为活动断裂和非活动断裂。两者对工程的影响显然是不同的。在过去的研究中，人们对活动断裂在工程中的作用及其附近的应力场给予了足够的重视。对于非活动断裂，往往只把他作为一种重要的结构面，从断裂带物质的物理力学性质、水利性质等方面进行研究，然而，对于这类断裂附近的地应力问题研究很少。已有研究表明，活动断裂和非活动断裂附近的应力场是有一定的差别的。
在我国，鲁布革水电站厂区F203断层[9]附近的地应力测量结果是说明断裂附近应力方位变化的一个典型实例。云南省鲁布革水电站工程厂区构造以NE向为主，控制性断层F203为压性断层，纵贯整个厂区，断层走向N40°~50°E，倾向NW，倾角25°~45°，破碎带宽2~3m。据在断裂上盘岩体中的应力测量结果，最大主压应力方向与断层带走向近似垂直（91°~130°），倾角45°；中间主应力σ2倾角较大，接近铅直方向；最小主应力方位为214°~225°，与断裂带近平行。下盘岩体中σ1方向接近铅直方向，中间与最小主应力的倾角较小，接近于水平，这是以以岩体自重应力为主导的应力分布规律的基本特点。而上盘是构造应力作用的特点，即断层运动主要是使上盘岩体中的应力方向发生了变化。
断裂带作为软弱夹层，它对应力方向的影响极大。Koebipeb[10]在塔吉克斯坦基沙尔山南侧火山岩体上的坎达拉矿山和别加尔矿山的地下坑道中用解除法进行了应力测量。两处的测量地段均位于高山地带，距离地表100~400m，岩性为花岗岩。在坎达拉矿区的最大主应力方向为近东西方向，而别加尔矿区最大主应力的方向趋于南北向，与区域构造应力方向一致。应力方向上的这种差别是由于测点与岩体中的断裂的相对位置不同，坎达拉矿区的应力是在断裂带或直接在断裂带上测量的，而别加尔矿区的应力测量距离断裂带很远。这再次说明，断裂对其附近的应力方向有影响。
印度工学院的Sengupta博士[11]通过在印度8个水电站建设地区和两个矿区的地应力测量发现，在断裂或岩脉附近应力方位有明显变化，断裂附近最大主应力方位与区域最大主应力方位最大相差达87°，与断裂走向的夹角的变化则因断层不同而有差别，最小的为10°，最大的可达90°。现场的测试结果表明，非活动断裂与活动断裂类似，与区域应力场相比，在断裂附近主应力方向有明显变化。主应力方位不但在断层附近有较大的变化，而且，出现断层两盘的主应力方位不同的情况，两盘的主应力方位可相差达90°。另外，较大的断裂构成局部应力场的界面，断裂面以上的应力状态代表被断裂扰动的应力，而断裂面以下的应力代表了区域应力。从加拿大的URL和瑞典的Forsmark的地应力实测结果可以看出，上盘应力是受断层扰动的局部应力，而下盘测得的应力与区域应力一致。Demboya等[11]通过在日本对高度裂隙化岩体中的地应力的测量表明，断裂发育的复杂程度与地应力的变化幅度密切相关，断裂越发育，应力量值和方向的变化幅度越大，在断裂极为发育且断裂格局极为复杂的地段，应力方向极为分散。
4结论
通过本文对断裂构造的工程影响意义的讨论，我们大致可以得出以下结论：
