第３５卷第６期

２０１５年１２月防 灾 减 灾 工 程 学 报

Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｄｉｓａｓｔｅｒ　Ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｍｉｔｉｇａｔｉｏｎ　ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＶｏｌ．３５Ｎｏ．６Ｄｅｃ．２０１５

汶川地震震裂山体裂缝变形特征与动力机制研究＊

袁进科，裴向军

（成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室，成都６１００５９）

摘要：介绍了地震裂缝的类别、基本特征、分布规律，从发育规模和失稳机制对各类地震裂缝的特点和破坏特征进

行了理论分析，探讨了地震裂缝的展布、发育特征、变形迹象，并利用岩石断裂力学机理，结合应力强度因子方法分

析结构面的震裂损伤机制。研究结果表明：①根据斜坡地震裂缝的形态特征和变形迹象分为表面型、贯穿型、走向

型、倾向型、闭合型、扩展型６种基本类型；②斜坡上地震裂缝总体走向在Ｎ３０°～６０°Ｅ；③地震裂缝主要分布在发震

断层附近或者山脊位置以及斜坡陡缓交界部位，裂缝延伸性好、张开程度高，充填较少或者无充填；④地震裂缝力

学机制主要属于拉张裂缝，岩体结构面在动力作用下的变形破坏过程分为破裂、扩展、贯通３个阶段。

关键词：汶川地震；地震裂缝；变形特征；动力机制

中图分类号：ＴＵ３５２．１　　文献标识码：Ａ　　文章编号：１６７２－２１３２（２０１５）０６－０８４８－０８

Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　Ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ａｎｄ　Ｄｙｎａｍｉｃ　Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｏｆＳｈａｔｔｅｒｅｄ　Ｍｏｕｎｔａｉｎ　Ｆｒａｃｔｕｒｅｓ　ｉｎ　Ｗｅｎｃｈｕａｎ　Ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ

ＹＵＡＮ　Ｊｉｎｋｅ，ＰＥＩ　Ｘｉａｎｇｊｕｎ（Ｓｔａｔｅ　Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｇｅｏｈａｚａｒｄ　Ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｇｅｏｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，

Ｃｈｅｎｇｄｕ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ　６１００５９，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｃａｔｅｇｏｒｉｅｓ，ｂａｓｉｃ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ａｎｄ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｌａｗ　ｏｆ　ｓｅｉｓｍｉｃ　ｆｒａｃｔｕｒｅ　ｗｅｒｅ　ｉｎｔｒｏ－ｄｕｃｅｄ，ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｆｅａｔｕｒｅｓ　ａｎｄ　ｆａｉｌｕｒｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｖａｒｉｏｕｓ　ｔｙｐｅｓ　ｏｆｓｅｉｓｍｉｃ　ｆｒａｃｔｕｒｅｓ　ｗａｓ　ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅｉｒ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｓｃａｌｅ　ａｎｄ　ｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ，ｔｈｅ　ｄｉｓ－ｔｒｉｂｕｔｉｏｎ，ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｓｉｇｎｓ　ｏｆ　ｓｅｉｓｍｉｃ　ｆｒａｃｔｕｒｅｓ　ｗｅｒｅ　ｅｘｐｌｏｒｅｄ　ａｎｄｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｓｔｒｅｓｓ　ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ　ｆａｃｔｏｒ　ｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅ　ｓｈａｔｔｅｒｉｎｇ　ｉｎｊｕｒｙ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ　ｏｆ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｕｒｆａｃｅ　ｗａｓ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｂｙ　ｕｓｅ　ｏｆ　ｒｏｃｋ　ｆｒａｃｔｕｒｅ　ｍｅｃｈａｎｉｃｓ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ：（１）Ｔｈｅ　ｓｅｉｓｍｉｃ　ｆｒａｃｔｕｒｅｓ　ａｒｅ　ｄｉｖｉｄｅｄ　ｉｎｔｏ　ｓｉｘ　ｔｙｐｅｓ：ｓｕｒｆａｃｅ　ｔｙｐｅ，ｔｒａｎｓｆｉｘｉｎｇ　ｔｙｐｅ，ｓｔｒｉｋｅ　ｔｙｐｅ，

ｔｅｎｄｅｎｃｙ　ｔｙｐｅ，ｃｌｏｓｕｒｅ　ｔｙｐｅ　ａｎｄ　ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ　ｔｙｐｅ　ｆｒｏｍ　ｉｔｓ　ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｃａｌ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ａｎｄ　ｄｅｆｏｒｍ－ａｔｉｏｎ　ｓｉｇｎｓ；（２）Ｏｎ　ｔｈｅ　ｗｈｏｌｅ　ｔｈｅ　Ｓｅｉｓｍｉｃ　ｆｒａｃｔｕｒｅｓ　ｈａｓ　３０°Ｎ－６０°Ｅ　ｔｒｅｎｄ；（３）Ｔｈｅ　ｓｅｉｓｍｉｃ　ｆｒａｃ－ｔｕｒｅｓ　ｍａｉｎｌｙ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　ｉｎ　ｓｅｉｓｍｏｇｅｎｉｃ　ｆａｕｌｔｓ　ａｒｅａ　ｏｒ　ｒｉｄｇｅ　ａｎｄ　ｓｔｅｅｐ　ｗｉｔｈ　ｓｌｏｗ　ｂｏｒｄｅｒ　ａｒｅａ，ｈｉｇｈｏｐｅｎ　ｄｅｇｒｅｅ，ｆｉｌｌｉｎｇｓ　ｌｅｓｓ　ｏｒ　ｎｏ．（４）Ｔｈｅ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｏｆ　ｓｅｉｓｍｉｃ　ｆｒａｃｔｕｒｅｓ　ｂｅｌｏｎｇｓ　ｔｏ　ｔｅｎｓｉｌｅ　ｃｒａｃｋ，

ｔｈｅ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｆａｉｌｕｒｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ｐｌａｎｅｓ　ｏｆ　ｒｏｃｋ　ｍａｓｓ　ｕｎｄｅｒ　ｄｙｎａｍｉｃ　ａｃｔｉｏｎ　ｉｓ　ｄｉ－ｖｉｄｅｄ　ｉｎｔｏ　ｒｕｐｔｕｒｅ，ｅｘｐａｎｓｉｏｎ　ａｎｄ　ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ　ｔｈｒｅｅ　ｓｔａｇｅｓ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｗｅｎｃｈｕａｎ　ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ；ｓｅｉｓｍｉｃ　ｆｒａｃｔｕｒｅ；ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ；ｄｙｎａｍｉｃ　ｍｅｃｈａ－ｎｉｓｍ

＊ 收稿日期：２０１４－０９－２９；修回日期：２０１５－０２－１７基金项目：国家自然科学基金项目（４０９７２１９５）、四川省科技创新团队项目（２０１１ＪＴＤ０１２）资助作者简介：袁进科（１９８２－），男，讲师，博士。主要从事岩体稳定及环境地质工程方面的研究。

Ｅｍａｉｌ：ｙｕａｎｊｉｎｇｋｅ＠１６３．ｃｏｍ

DOI:10.13409/j.cnki.jdpme.2015.06.022

引　言

汶川地震震源浅、能量大、破坏范围广，引 发 了

上万计的各类地质灾害，其中以崩塌和滑坡类地质

灾害数量 最 多。地 震 诱 发 大 量 斜 坡 地 质 灾 害 的 同

时，还造成了分布规模和潜在威胁均较大的一种潜

在灾害———震 裂 山 体。震 裂 山 体 作 为 一 种 地 质 现

象，主要是一定地质环境条件下受到地震力作用的

结果［１］。地震波在岩体内部的动力效应作用使得岩

体结构被破坏，整体结构变差［２－３］。斜坡震裂破坏最

典型的特征即地震裂缝的发育。地震裂缝控制震裂山体的变形、失稳，对工程威

胁较大，是一种潜在的地质灾害。这类山体没有其

他破坏形式具有的大变形、大位移等显著宏观特征，是一种内在的岩体损伤，也是引起震后次生灾害频

发的主要原因。研究这些地震裂缝，对正确认识震

裂山体的变形破坏、形成机理有重要意义。

１　地震裂缝分类及破坏特征

地震裂缝是岩体结构受到地震力作用，被震裂

拉开形成的。对地震裂缝的分类研究应与裂缝的形

成机理相对应，而目前对裂缝的分类研究主要是以

目测、直观的形状调查为主［４］。因此对于地 震 裂 缝

的分类研究主要是以展布情况、发育特征、变形迹象

为主，从这几个方面进行分类分析，进而对地震裂缝

的后期变形、破坏迹象进行预测。基于这种考虑，根据形态特征 和 变 形 迹 象 分 为 表 面 型、贯 穿 型、走 向

型、倾向型、闭合型、扩展型这６种基本类型。

１．１　表面型地震裂缝特点及破坏特征

表面型地震裂缝从特征上是指岩体表面震裂长

度较长，同时宽度和可见深度普遍较小的裂缝。这

类地震裂缝规模小，在各类岩体和坡体结构中均有

发育，同时没有明显方向性，在岩体表面展布，向深

部贯通性差（图１）。表面型地震裂缝按其在平面的延伸特征可以分

为折线形、直线形；按裂缝的组合特点分为雁列形、交叉形。

（１）折线形：地震裂缝在平面上的展布方向变化

大，呈折线或者弧线状转折、弯曲，然后又继续延伸。（２）直线形：地 震 裂 缝 在 平 面 上 的 展 布 总 体 平

直延伸，方向变化小，延伸过程中无明显转折或弯曲。

图１　表面型地震裂缝

Ｆｉｇ．１　Ｓｕｒｆａｃｅ　ｔｙｐｅ　ｓｅｉｓｍｉｃ　ｆｒａｃｔｕｒｅ

（３）雁列形：由 一 系 列 延 伸 方 向 大 致 相 同 的 地

震裂缝组成，平面上呈现雁形排列展布，裂缝呈折线

形或直线形（图２）。

图２　雁列形地震裂缝分布示意

Ｆｉｇ．２　Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｄｉａｇｒａｍ　ｏｆ　ｅｎ－ｅｃｈｅｌｏｎ　ｓｅｉｓｍｉｃ　ｆｒａｃｔｕｒｅ

（４）交叉形：由 两 组 或 三 组 不 同 延 伸 方 向 的 地

震裂缝组成，彼此相互交叉，平面呈“Ｘ”形或者“Ｙ”形分布（图３）。

图３　交叉形地震裂缝

Ｆｉｇ．３　Ｃｒｏｓｓｏｖｅｒ　ｓｅｉｓｍｉｃ　ｆｒａｃｔｕｒｅ

表面型地震裂缝主要存在于岩体表面，对岩体

的变形、失稳不起控制作用。但这类裂缝分布普遍，在局部位置发育密度较高，从而破坏了岩体的整体

结构，遇到降雨条件，易成为雨水下渗的良好途径。

１．２　贯穿型地震裂缝特点及破坏特征

贯穿型地震裂缝相对岩体表面的裂缝而言，不

仅延伸长度长，而且张开 程 度 大，可 见 深 度 达１０ｍ

９４８　第６期 袁进科等：汶川地震震裂山体裂缝变形特征与动力机制研究

以上。该类裂缝贯通性好，平面以直线型延伸，缝面

呈锯齿状，以尖灭的形式向岩体内部贯穿。本文调

查的地震裂缝多数属于这类型裂缝（图４）。

图４　地震裂缝贯穿岩体深部

Ｆｉｇ．４　Ｓｅｉｓｍｉｃ　ｆｒａｃｔｕｒｅ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｉｎｓｉｄｅ　ｏｆ　ｒｏｃｋｍａｓｓ

贯穿型地震裂缝发育规模大，贯通性好，对岩体

结构造成显著破坏，影响岩体变形和失稳。通过对

斜坡裂缝的调查，发育在坡顶、陡缓交界、临空面较

好位置的这类裂缝形成被切割岩体的后缘或侧缘边

界，往往成为震裂山体稳定性的主控因素。地震裂

缝切割岩体形成悬在坡上的危岩（图５）。

图５　地震裂缝切割形成的危岩体

Ｆｉｇ．５　Ｄａｎｇｅｒｏｕｓ　ｒｏｃｋ　ｍａｓｓ　ｆｏｒｍｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｓｅｉｓｍｉｃ　ｆｒａｃ－ｔｕｒｅ　ｃｕｔｔｉｎｇ

该类裂缝充填物较少或无充填，具有架空现象，遇到降雨或 者 震 动 等 干 扰 因 素 促 使 裂 缝 进 一 步 扩

展。由于这类裂缝的贯穿性强，被震裂的岩土体处

于极限平衡状态。当裂缝继续贯穿到震裂岩土体的

锁固段时，在后期的重力、地震力甚至风力作用下，一旦拉应力大于岩体的抗拉强度时，锁固段被剪断，危岩体与母体分离整体下落形成滚石。

通过对崩塌的调查，贯穿型地震裂缝的发育成

为震后崩塌灾害频发的主控因素。这类裂缝发育规

模大、贯通性强，往往能形成极大的崩塌灾害。

１．３　走向型地震裂缝特点及破坏特征

走向型地震裂缝是针对裂缝的延展方向而言，

沿走向方向的长度大于沿倾向方向长度的裂缝，裂

缝规模以沿走向发育为主。这类裂缝的延伸方向与

构造作用力的方向（如断层走向）一致或类似，裂缝

的扩展延伸 沿 其 走 向 发 育，具 有 很 强 的 方 向 性（图

６）。由于这类裂缝的发育主要是受构造作用力的影

响，发育规模普遍较大。

图６　断层附近发育的地震裂缝

Ｆｉｇ．６　Ｓｅｉｓｍｉｃ　ｆｒａｃｔｕｒｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ　ｎｅａｒ　ｔｈｅ　ｆａｕｌｔ

走向型地震裂缝在坡表出露受地形、地物的干

扰程度较小，连续性好，沿走向方向的延伸长度长。裂缝主要分布在断层附近，是由于断层处的地震力

作用强，岩体震裂程度高，裂缝易沿走向方向发育。对于其它位置的地震裂缝，由于延伸过程中受到地

形地貌的限制较大，所以沿走向延伸的特征不明显。根据现场调查，裂缝的走向以 ＮＥ３０°～６０°为 主，沿

走向方向明显发育的地震裂缝均分布在断层附近。走向型裂缝由于沿走向延伸长度长，规模较大，

可以构成震裂岩体失稳的范围边界，对大范围岩体

的失稳起控制作用，而且一般分布在断层附近或者

地震力强 烈 的 位 置。这 类 型 裂 缝 周 围 岩 体 结 构 较

差，震裂损伤 程 度 高，一 旦 震 裂 岩 体 产 生 变 形 而 失

稳，形成的破坏性大。

１．４　倾向型裂缝特点及破坏特征

倾向型震裂缝是指裂缝的延伸主要是沿倾向方

向。就发育形态来说，沿倾向方向的长度大于沿走

向方向的长度，裂缝的发育主要是向岩体深部延伸

扩展。这类裂缝在斜坡各个位置均有发育，以斜坡

山脊部位、陡缓交界位置发育最为明显。

通过对斜坡地震裂缝的调查，大多数属于倾向

型。由于是沿倾向方向朝深部扩展，虽然在地表出

露的长度较小，但是在岩体深部位置，可见的延伸长

度甚至能达到十几米。这种震裂缝的分布有一定特

０５８ 　防 灾 减 灾 工 程 学 报 第３５卷　

点，在剖面上组合形态呈现台阶型、“Ｙ”字型和追溯

型（图７）。台阶型地震裂缝特点是一系列组合的裂

缝向同一个方向倾斜、延伸，彼此平行或近于平行。

由于这类裂缝的可见深度有限，所以台阶型裂缝在

岩体内部较深的位置也可能相交。“Ｙ”字型地震裂

缝特点是一系列倾向不同的裂缝在向深部延伸过程

中发生交叉，剖 面 呈“Ｙ”字 型。追 溯 型 是 指 地 震 裂

缝在向深部 延 伸 扩 展 过 程 中 发 生 一 条 或 者 多 条 分

支，出现连续或者断续发育的次级裂缝。

图７　倾向型地震裂缝组合示意

Ｆｉｇ．７　Ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ　ｓｋｅｔｃｈ　ｏｆ　ｔｅｎｄｅｎｃｙ　ｔｙｐｅ　ｓｅｉｓｍｉｃ　ｆｒａｃ－ｔｕｒｅ

倾向型地震裂缝切割岩体，构成震裂山体的失

稳边界，形成悬在坡体上的危岩。由于该类裂缝向

深部延伸长度大，连续性较好、具有架空现象，往往

成为雨水、地下水下渗的良好通道，极易引起震裂岩

体的失稳崩落。倾向型地震裂缝在斜坡分布广，所

以形成的破坏也比较大。

１．５　闭合型地震裂缝特点及破坏特征

针对裂缝在展布平面上的延伸变化趋势而言，闭合型地震裂缝是指裂缝在延伸过程中，缝面参差

不齐，裂缝的两端闭合或者近于闭合状态，而中间部

分张开，张开度小（图８）。

图８　闭合型地震裂缝

Ｆｉｇ．８　Ｃｌｏｓｕｒｅ　ｔｙｐｅ　ｓｅｉｓｍｉｃ　ｆｒａｃｔｕｒｅ

闭合型地震裂缝主要分布在岩体结构较好的部

位。由于岩体整体结构较好，地震力给岩体结构造

成的震裂破坏程度有限，岩体拉裂形成的裂缝在延

伸扩展过程中受到限制，贯通性差，在坡表呈串珠状

的形态断续展布。这种裂缝张开程度小，后期岩体

在重力、缝内堆积物逐渐充填等作用下，两侧缝面有

逐渐愈合的趋势，发育规模一般较小。由于这类地震裂缝断续展布，连续性差，张开程

度小，后期缝面有逐渐愈合的趋势，造成的破坏性有

限，但是在坡表的断续分布具有一定的延展性，破坏

了坡体的 整 体 结 构。由 于 裂 缝 充 填 物 较 小 或 无 充

填，具有架空现象，可以构成雨水、地下水下渗的良

好通道。一旦跟其他张开程度大、连续性好、贯通性

强的地震裂缝相互贯通，可以引起这些裂缝的开裂

扩展，加速岩 体 的 变 形 失 稳，所 以 具 有 一 定 的 破 坏

性。

１．６　扩展型地震裂缝特点及破坏特征

扩展型地震裂缝是指裂缝的延伸从剖面上看，

一端呈逐渐张开的趋势，一般向坡表延伸张开度越

大；一端向深部逐渐尖灭，具有上宽下窄的尖楔形裂

口。这种裂缝张开程度较大，充填物少或者无充填，

裂缝面粗糙、呈锯齿状（图９）。

图９　扩展型地震裂缝

Ｆｉｇ．９　Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ　ｔｙｐｅ　ｓｅｉｓｍｉｃ　ｆｒａｃｔｕｒｅ

通过对斜坡地震裂缝的调查，在剖面上呈上宽

下窄的形态，张开度大，具有架空现象，多属于扩展

型地震裂缝。这种裂缝的形成是由于地震力给岩体

结构造成的震裂损伤程度高，破坏严重，裂缝的发展

顺着地震 力 作 用 方 向 延 伸 扩 展。根 据 断 裂 力 学 理

论，地震力作用下裂缝的尖端应力强度因子大于岩

体的强度因子时，裂缝开始扩展，大体可以分为３个

阶段：初始震裂阶段，震裂缝形成、发展阶段，震裂缝

扩展、延伸至坡表阶段［５］。

根据调查，扩展型地震裂缝在斜坡普遍发育，尤

１５８　第６期 袁进科等：汶川地震震裂山体裂缝变形特征与动力机制研究

以山顶、山脊或者地形陡缓交界处发育最为显著，分布具有一定规模。这种地震裂缝不仅破坏了岩体的

结构，而且张开程度大，普遍具有架空现象。震后频

发的余震、降雨和风的作用力都不断地改变着震裂

岩体的平衡状态，使得裂缝不断扩展、延伸。裂缝的

深度逐渐增加形成贯通性的地震裂缝，导致岩体失

稳形成崩塌，具有极大的危害性。

２　地震裂缝基本发育特征

通过对地震裂缝基本特征的调查，裂缝的展布、

发育特征、变形迹象有相应的特点。

２．１　空间分布特征

地震裂缝总体走向在Ｎ３０°～６０°Ｅ（图１０），这与

汶川地震发震断裂的走向基本一致，说明裂缝的延

伸方向明显受到发震断裂的影响，具有明显的方向

性。一些震裂张开程度较大的裂缝，呈直线形展布，

延伸性好，在延伸方向上一般不受地形地物的影响。

有的地震裂缝直接与形成其发育的断层相对应。美

国学者［６－７］从分析地震力作用的角度提出地 裂 缝 的

构造成因观点，认为构造是控制地裂缝形成发展的

主导因素。

图１０　地震裂缝统计

Ｆｉｇ．１０　Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ　ｄｉａｇｒａｍ　ｓｅｉｓｍｉｃ　ｆｒａｃｔｕｒｅｓ

从斜坡地震裂缝的调查分析，裂缝的分布主要

是受发震断层和地形地貌的影响，主要分布在发震

断层附近或者山脊位置、以及斜坡陡缓交界部位，这些位置也是地震力作用强烈的部位。

２．２　延伸长度特征

地震裂缝的延伸长度是指在坡体表面出露的连

续长 度。裂 缝 延 伸 长 度 普 遍 较 长，总 体 在６ｍ 以

上，一些震裂严重的裂缝长度可达十几米，部分延伸

贯通至坡顶。在延伸过程中以塌陷坑、拉裂槽出露

（图１１）。以主干震裂缝为主，分布着大量次级震裂

缝，这些次级震裂缝断续分布，连续性差。

图１１　发育的拉裂槽

Ｆｉｇ．１１　Ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ　ｔｅｎｓｉｏｎａｌ　ｓｌｏｔ

２．３　张开程度特征

地震裂缝的张开程度主要是指在地震力作用下

岩土体被震动拉裂的宽度。通过调查，地震裂缝的

张开程度呈 上 宽 下 窄 的 形 态，向 深 部 逐 渐 尖 灭（图

１２）。蔡华昌等［８］通过对地震裂缝的调查研究，指出

所见地震裂缝为上宽下窄形态的楔形状张性裂缝。

对于一些整体结构较好的岩体，张开程度小，一般只

有几公分到十几公分；而位于发震断层带附近的地

震裂缝，具有上宽下窄的尖楔形裂口，顶部张开程度

接近１ｍ，说明断层带附近的岩体 被 震 裂 损 伤 程 度

严重。调查裂缝的震裂宽度总体在２０ｃｍ以上，倾

角大于６０°，呈锯齿状向深部延伸，但在深部延伸倾

角变化不定，震裂宽度也逐渐变小。

图１２　地震裂缝剖面示意

Ｆｉｇ．１２　Ｓｅｃｔｉｏｎａｌ　ｓｃｈｅｍａｔｉｃ　ｄｉａｇｒａｍ　ｏｆ　ｓｅｉｓｍｉｃ　ｆｒａｃｔｕｒｅ

２．４　充填情况特征

地震裂缝的张开程度普遍较大，充填物较少或

者基 本 无 充 填，具 有 架 空 现 象。缝 面 较 新，出 露 基

２５８ 　防 灾 减 灾 工 程 学 报 第３５卷　

岩，缝面呈平直或锯齿状，延伸较长。裂缝总体呈上

宽下窄的形态，缝内充填物主要是堆积的震裂碎块

石。一些地震裂缝张开程度较大，引起两侧岩土体

的垮塌，形成凹陷坑（图１３）。

图１３　斜坡岩体被震裂引起的垮塌

Ｆｉｇ．１３　Ｃｏｌｌａｐｓｅ　ｃａｕｓｅｄ　ｂｙ　ｓｌｏｐｅ　ｒｏｃｋｍａｓｓ　ｓｈａｔｔｅｒｅｄ

３　地震裂缝力学机理分析

地震裂缝主要是地震力作用引起的。地震波作

用在结构面时，在结构面处由于折射和反射作用（图

１４），应力不断积累，产生拉裂作用使得结构面处的

岩体被震裂开［９］。地震力对坡体造成的破坏与地震

波的作用密切相关，地震波分为Ｐ波（纵波）和Ｓ波

（横波），二 者 共 同 作 用 于 岩 体 的 结 构 面。Ｐ波 和Ｓ波有频率地上下和水平振动，在结构面处对岩体产

生正拉、反拉反复作用的应力，使得结构面处岩体在

强大地震动力作用下沿结构面被拉开［１０－１２］。同时结

构面处受到剪应力反复作用，其抗剪强度迅速降低，

岩体在强剪应力作用下沿结构面被剪断，岩体被拉

开产生变形。Ｍｙｅｒ等［１３］研究了地震波通过岩体节

理面的传播特性和库仑准则控制的岩石界面间的作

用力。梁庆国 等［１４］认 为 结 构 面 受 到 地 震 力 作 用 拉

裂形成震裂面，面以上的岩体将会与母岩脱离而继

续运动，同时面以下的岩体会由于上部震裂面影响

而生成新的自由面。

地震裂缝主要是经过岩体内部的破裂、贯通、扩

展，内部的裂纹在动力作用下进一步发展，最后在斜

坡坡体上形成的宽大裂缝。经过上述分析，岩体破

裂主要是受地震波作用，图１５给出简化的地震波作

用时程，图１６为 简 化 的 等 效 应 力 强 度 因 子 变 化 曲

线。结合断裂力学理论，分析岩体的破裂、传播和止

裂的过程［１５］。

图１４　结构面对应力波传播的影响示意

Ｆｉｇ．１４　Ｓｋｅｔｃｈ　ｏｆ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ｐｌａｎｅ　ｏｎ　ｓｔｒｅｓｓ

ｗａｖｅ　ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ

图１５　地震波作用时程曲线

Ｆｉｇ．１５　Ｓｅｉｓｍｉｃ　ｗａｖｅ　ｈｉｓｔｏｒｙ　ｇｒａｐｈ

图１６　应力强度因子曲线

Ｆｉｇ．１６　Ｓｔｒｅｓｓ　ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ　ｆａｃｔｏｒ　ｇｒａｐｈ

（１）断裂 判 据。结 合 断 裂 力 学，岩 体 破 裂 的 判

据是最大应力强度因子判据，即 Ｋ法则，应 力 强 度

大于断裂韧 度，岩 体 将 产 生 拉 裂 破 坏。在ｔ＝０时

刻，地震波尚 未 作 用 时，结 构 面 仅 处 于 静 态 应 力 场

中，ＫＩ＜Ｋ１Ｉｃ（Ｋ１Ｉｃ为 断 裂 韧 度），结 构 面 处 于 闭 合 状

态。随着地震波作用到结构面处，结构面处于动态

的应力作用下，地震强度逐渐作用到结构面。随着

时间增加，作用强度逐渐增大，等效应力强度因子也

相应增大，直到ｔ＝ｔ１ 时刻，地震强度的增加使得应

力强度因子达到Ｋ１Ｉｃ，满足断裂条件，岩体沿结构面

将发生破裂。

（２）扩展 过 程。岩 体 断 裂 后，在 内 部 将 产 生 裂

纹。随着地震波持续作用 （ｔ１ ＜ｔ＜ｔ２），裂纹在等

效应力强度因子ＫＩ 的带动下继续扩展，并在ｔ＝ｔ２地震波作用达到峰值强度时获得最大的扩展速度，

３５８　第６期 袁进科等：汶川地震震裂山体裂缝变形特征与动力机制研究

ＫＩ达到最大值Ｋ２Ｉｃ。在ｔ＞ｔ２ 后，应力强度因子ＫＩ随

着地震强度的减弱而逐渐降低，直到ｔ＝ｔ３ 时刻地

震波作用历 程 结 束。在ｔ＞ｔ３ 后，地 震 波 的 作 用 停

止，已经扩展的裂纹处于静态应力场中。如果此时的

应力强度因子仍然大于岩体的断裂韧度，裂纹将在

静态应力场中继续扩展，直到ｔ＝ｔ４ 时刻小于断裂

韧度，停止扩展。

（３）止裂 依 据。随 着 地 震 作 用 强 度 减 小，其 能

量降低，当应力强度因子小于断裂韧度时停止破裂。

对于受到强烈地震作用的结构面，地震作用停止后

仍然可能具有较高的应力强度因子。这时裂纹在静

态的应力场中还可能会继续扩展、延伸，直到符合止

裂条件为止。

４　结　论

通过对斜坡地震裂缝形变特征、变形破坏机制

及形变运动学特征的详细调查和分析，结果表明：

（１）根据斜坡地震裂缝的形态特征和变形迹象

可以分为表面型、贯穿型、走向型、倾向型、闭合型、

扩展型６种基本类型。表面型地震裂缝按其在平面

的延伸特征可以分为折线形、直线形；按裂缝的组合

特点分为雁列形、交叉形。

（２）斜坡 上 发 育 的 地 震 裂 缝 总 体 走 向 在 Ｎ３０°

～６０°Ｅ，主要分布在发震断层附近或者山脊位置、以

及斜坡陡缓交界部位。裂缝规模较大，延伸性好、张

开程度高，具有明显的连通性。剖面形态上宽下窄，

向深部逐渐尖灭，充填较少或者无充填。

（３）本文斜坡地震裂缝力学类型主要属于张裂

缝，岩体结构面在动力作用下将发生破裂产生裂纹，

裂纹逐渐扩展、贯通最后形成贯穿性的拉张型震裂

缝。

参考文献：

［１］　梁庆 国，韩 文 峰．强 震 区 岩 体 地 震 动 力 破 坏 特 征［Ｊ］．

西北地震学报，２００９，３１（１）：１５－２０．

Ｌｉａｎｇ　Ｑ　Ｇ，Ｈａｎ　Ｗ　Ｆ．Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｒｏｃｋｍａｓｓ

ｆａｉｌｕｒｅ　ｕｎｄｅｒ　ｓｅｉｓｍｉｃ　ｌｏａｄｓ　ａｔ　ｓｔｒｏｎｇ　ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ　ａｒｅａｓ

［Ｊ］．Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎ　Ｓｅｉｓｍｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｊｏｕｒｎａｌ，２００９，３１

（１）：１５－２０．

［２］　邵　鹏．断续节理岩体中弹性波动力效应研究［Ｍ］．徐

州：中国矿业大学出版社，２００５．

Ｓｈａｏ　Ｐ．Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｄｙｎａｍｉｃ　Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　Ｅｌａｓｔｉｃ

Ｗａｖｅｓ　ｉｎ　Ｄｉｓｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　Ｊｏｉｎｔｅｄ　Ｒｏｃｋ　Ｍａｓｓ［Ｍ］．

Ｘｕｚｈｏｕ：Ｃｈｉｎａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｍｉｎｉｎｇ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

Ｐｒｅｓｓ，２００５．［３］　左宇军，李夕 兵，张 义 平．动 静 组 合 加 载 下 的 岩 石 破 坏

特性［Ｍ］．北京：冶金工业出版社，２００８．

Ｚｕｏ　Ｙ　Ｊ，Ｌｉ　Ｘ　Ｂ，Ｚｈａｎｇ　Ｙ　Ｐ．Ｆａｉｌｕｒｅ　ａｎｄ　Ｆｒａｇｍｅｎｔａ－

ｔｉｏｎ　Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　Ｒｏｃｋ　ｕｎｄｅｒ　Ｓｔａｔｉｃ－ｄｙｎａｍｉｃ　Ｃｏｕ－

ｐｌｉｎｇ　Ｌｏａｄｉｎｇ［Ｍ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ

Ｐｒｅｓｓ，２００８．［４］　谢广林．地裂缝［Ｍ］．北京：地质出版社，１９８８．

Ｘｉｅ　Ｇ　Ｌ．Ｇｒｏｕｎｄ　Ｆｉｓｓｕｒｅ［Ｍ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ｓｅｉｓｍｏｌｏｇｉｃａｌ

Ｐｒｅｓｓ，１９８８．［５］　Ｌｉｎ　Ｊ　Ｓ，Ｗｈｉｔｍａｎ．Ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ　ｉｎｄｕｃｅｄ　ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｓ

ｏｆ　ｓｌｉｄｉｎｇ　ｂｌｏｃｋｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒ－

ｉｎｇ，１９８６，（１）：４５－５９．

［６］　Ｌｅｏｎａｒｄ　Ｒ　Ｊ．Ａｎ　ｅａｒｔｈ　ｆｉｓｓｕｒｅ　ｉｎ　ｓｏｕｔｈｅｒｎ　Ａｒｉｚｏｎａ［Ｊ］．

Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｇｅｏｌｏｇｙ，１９２９，（８）：７６５－７７４．［７］　Ｇａｂｒｙｓｃｈ　Ｈ　Ｔ．Ｅｆｆｅｃｔ　ｉｆ　ｗａｔｅｒ－ｌｅｖｅｌ　ｒｅｃｏｖｅｒｉｅｓ　ｏｎ　ｆａｕｌｔ

ｃｒｅｅｐ，Ｔｅｘａｓ［Ｊ］．Ｇｒｏｕｎｄ　Ｗａｔｅｒ，１９８７，（４）：３９２－３９７．［８］　蔡 华 昌，张 景 余，刘 荣 利，等．张 北６．２级 地 震 地 裂 缝

特征及其研究意义［Ｊ］．华 北 地 震 科 学，２００１，（１９）：４７－

５３．

Ｃａｉ　Ｈ　Ｃｈ，Ｚｈａｎｇ　Ｊ　Ｙ，Ｌｉｕ　Ｒ　Ｌ，ｅｔ　ａｌ．Ｔｈｅ　ｆｅａｔｕｒｅ　ａｎｄ

ｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｇ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｇｒｏｕｎｄ　ｆｉｓｓｕｒｅｓ　ｆｏｒｍｅｄ

ｂｙ　Ｚｈａｎｇｂｅｉ　６．２ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ［Ｊ］．Ｎｏｒｔｈ　Ｃｈｉｎａ　Ｅａｒｔｈ－

ｑｕａｋｅ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，２００１，（１９）：４７－５３．［９］　张倬元，王士 天，王 兰 生．工 程 地 质 分 析 原 理（第 二 版）

［Ｍ］．北京：地质出版社，１９９３．

Ｚｈａｎｇ　Ｚｈ　Ｙ，Ｗａｎｇ　Ｓｈ　Ｔ，Ｗａｎｇ　Ｌ　Ｓｈ．Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ　ｏｆ

Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｇｅｏｌｏｇｙ［Ｍ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｐｕｂｌｉｓｈ－

ｉｎｇ　Ｈｏｕｓｅ，１９９３．［１０］张振南，葛 修 润．地 震 荷 载 作 用 下 的 节 理 岩 体 破 裂 模

型［Ｊ］．岩 石 力 学 与 工 程 学 报，２００５，２４（１０）：１６４５－

１６４８．

Ｚｈａｎｇ　Ｚｈ　Ｎ，Ｇｅ　Ｘ　Ｒ．Ｆｒａｃｔｕｒｅ　ｍｏｄｅｌ　ｏｆ　ｊｏｉｎｔｅｄ　ｒｏｃｋ

ｍａｓｓ　ｓｕｂｊｅｃｔｅｄ　ｔｏ　ｓｅｉｓｍｉｃ　ｌｏａｄｉｎｇ［Ｊ］．Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｊｏｕｒｎａｌ

ｏｆ　Ｒｏｃｋｓ　Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００５，２４（１０）：

１６４５－１６４８．

［１１］冯文凯，许 强，黄 润 秋．斜 坡 震 裂 变 形 力 学 机 制 初 探

［Ｊ］．岩石力学与工程学报，２００９，（１）：３１２４－３１３０．

Ｆｅｎｇ　Ｗ　Ｋ，Ｘｕ　Ｑ，Ｈｕａｎｇ　Ｒ　Ｑ．Ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙ　ｓｔｕｄｙ　ｏｎ

ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｏｆ　ｓｌｏｐｅ　ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ－ｉｎｄｕｃｅｄ　ｄｅ－

ｆｏｒｍａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｒｏｃｋ　Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ　ａｎｄ

Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００９，（１）：３１２４－３１３０．［１２］Ｎｅｗｍａｒｋ　Ｎ　Ｍ．Ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ｅａｒｔｈｑｕａｋｅｓ　ｏｎ　ｄａｍｓ　ａｎｄ

４５８ 　防 灾 减 灾 工 程 学 报 第３５卷　

ｅｍｂａｎｋｍｅｎｔｓ［Ｊ］．Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，１９６５，（２）：１３９－１６０．［１３］Ｍｙｅｒ　Ｌ　Ｒ，Ｐｙｒａｋ－Ｎｏｌｔｅ　Ｌ　Ｊ，Ｃｏｏｋ　Ｎ　Ｇ　Ｗ．Ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ

ｓｉｎｇｌｅ　ｆｒａｃｔｕｒｅｓ　ｏｎ　ｓｅｉｓｍｉｃ　ｗａｖｅ　ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ［Ｃ］∥Ｐｒｏ－

ｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ＩＳＲＭ　Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ　ｏｎ　Ｒｏｃｋ　Ｊｏｉｎｔｓ：Ａ．Ａ

Ｂａｌｋｅｍａ，１９９０：４６７－４７４．［１４］梁庆国，韩文峰，谌文武，等．岩体地震动力破坏问题研

究［Ｊ］．岩石力学与工程学报，２００３，（２）：２７８３－２７８８．

Ｌｉａｎｇ　Ｑ　Ｇ，Ｈａｎ　Ｗ　Ｆ，Ｃｈｅｎ　Ｗ　Ｗ，ｅｔ　ａｌ．Ｄｉｓｓｉｏｎ　ｏｎ

ｒｏｃｋｍａｓｓ　ｆａｉｌｕｒｅ　ｕｎｄｅｒ　ｓｅｉｓｍｉｃ　ｌｏａｄ［Ｊ］．Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｊｏｕｒ－

ｎａｌ　ｏｆ　Ｒｏｃｋ　Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００３，（２）：

２７８３－２７８８．［１５］李世愚，和 泰 名，尹 祥 础．岩 石 断 裂 力 学 导 论［Ｍ］．合

肥：中国科学技术大学出版社，２０１０．

Ｌｉ　Ｓｈ　Ｙ，Ｈｅ　Ｔ　Ｍ，Ｙｉｎ　Ｘ　Ｃｈ．Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｔｏ　Ｒｏｃｋ

Ｆｒａｃｔｕｒｅ　Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ［Ｍ］．Ｈｅｆｅｉ：Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ

ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　Ｃｈｉｎａ　Ｐｒｅｓｓ，

櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃

２０１０．

通　知

为进一步促进本刊发展，提升期刊质量，更好地服务于广大作者、读者、审稿专家，本刊经前期筹备，拟在

２０１６年对期刊投稿方式及内容作如下调整。

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２０１５年１２月１５日

５５８　第６期 袁进科等：汶川地震震裂山体裂缝变形特征与动力机制研究

DOI:10.13409/j.cnki.jdpme.2015.06.023