大同市位於山西省北部，是中國重要的煤電生產基地，也是以機械、化工、建材、醫藥生產為主的新興工業城市。同時又是壹座歷史文化名城。20世紀80年代以來，隨著工業生產的快速發展，城市規模不斷擴大，城市面貌日新月異。作為壹座正在崛起的現代化城市，有效發揮土地資源潛力，合理開發利用地下水資源，防禦各種地質災害，保護環境，已成為當前城市建設和長遠規劃中亟待解決的問題。其中，地裂縫災害已成為大同城市建設和保障人民生命財產安全的重要問題之壹。合理評估地裂縫造成的損失是政府部門合理規劃城市布局、有效防治地裂縫的重要依據。
(1)地質調查
大同市位於內蒙地軸的蔡梁山-雷公山斷塊、山西斷隆的雲崗向斜和桑幹斷陷的交界處。該地區地層發育良好，地質結構復雜。這座城市的東、西、北三面被群山環繞，中部是沖積-湖泊平原。有雨荷河及其支流——十裏河，自西北向東南流入大同市東南郊。大同市位於兩河之間的剝蝕臺地和堆積階地上。其地勢總體上西北高東南低，海拔1030 ~ 1065 m，市區完全被第四系松散土覆蓋。根據鉆探資料，第四系最大厚度大於250米..城市地貌的基本類型有侵蝕堆積谷和剝蝕臺地，地裂縫發育。
(2)大同市地裂縫概況
從1983開始，大同機車廠生活區出現地裂縫，到1995，大同市已發現7條不同規模的地裂縫。裂縫總長度已超過20公裏。這些地裂縫集中在何世禮河的東北部、雨荷河以西的城區及其郊區。從南到北描述如下:
1.大同機車廠-大同賓館地裂縫帶
地裂縫帶位於大同市西南郊，起於何世禮河左岸二級階地，經電建公司機運站、機車廠生活區、煤田115地質隊、周家店、大同醫學院，經大同賓館向東移位，消失於南關南街，全長約5.0km，地裂縫由多條走向NEE的單個地裂縫組成，呈右向排列。其走向為NE57，傾向SE，傾角70° ~ 80°；其特點是水平拉伸(東南板塊下降)，伴有左旋水平扭轉的張扭性地裂縫。地裂縫發現於1983，是大同最早發育的地裂縫。
2.新天堡地裂縫帶
地裂縫帶位於文化街壹線，大同機車廠前約400m處。西起西南新田堡村，東北經文化街5棟、10棟，消失於三環以東，全長約1.2km，地裂縫發現較晚，1992在地面顯示，對大同機車廠5棟、10居民樓及地下人防工程造成強烈破壞。地裂縫具有明顯的方向性，走向NE53，傾向SE，傾角約80 °;這是張扭性地裂縫，輕微左旋。
3.南郊鑿井隊下花巖寺地裂縫帶
地裂縫起於西南市煙草公司家屬院，經南郊下沈隊、市電視臺、兒童公園西北角、和平裏、下花巖寺，沿NE40。自左向右延伸，仍斷續分布於大同日報社、曹髦巷、雁北外貿大廈，全長約5.5km，地裂縫走向Ne 30 ~ 45，傾向se，傾角約80°，SE盤下降。地裂縫發現於1984，1989後迅速發展，近年來壹直向兩側擴展。
4.文化地裂縫帶
地裂縫帶起於稅務局，經文化巷、李建設、迎澤裏向東北延伸，消失於西門外迎澤市場北端，長約1.4km，地裂縫走向Ne 26 ~ 42，NW傾角82 ~ 85；西北磁盤下降，輕微右旋。該地裂縫發現於1992。
5.322醫院地裂縫帶
322醫院地裂縫帶位於文華地裂縫帶以西約400m處，與文華地裂縫基本平行。地裂縫起於西南閥門廠倉庫，東北經新開西二路、322醫院、59100部隊及家屬區，消失於大同公園南門，全長約1.3km，其走向為Ne 30 ~ 40，傾向se，傾角在85°以上；SE盤向右旋轉下降。該地裂縫發現於1993。
6.機車公司地裂縫帶
地裂縫位於城市的東北角，從西南方向的童眼東路開始，經過市二院和機電公司，然後分叉。壹條分支至鐵藝壹中，另壹條分支至大同四中，止於大同總參謀部敬老院，全長約1.0km，地裂縫走向NE35，傾向NW，略向右扭。
7.擁軍北路-同豐路地裂縫帶
鐵路分局地裂帶位於城區北部，西起擁軍北路部隊營房，經鐵路分局14號車場，穿越鐵路至大同鐵路醫院，向北偏轉，經東西兩個院落、水電站、車輛段、材料廠，穿越同豐公路，全長約4.1km。該地裂縫發現於1990。由多條斜向地裂縫組成，總體方向穩定，走向Ne 60 ~ 80，傾向SE，傾角約80。左旋扭動明顯，是張性破裂帶。
從上述地裂縫的分布範圍來看，已涉及大同市相當大的區域；從目前的活動情況來看，仍有繼續向市區擴展的趨勢。
(3)地裂縫活動規律
1.地裂縫形態
從平面形狀上看，地裂縫呈線狀延伸，方向性強。地裂縫壹般呈北東或NEE走向。但從單個地裂縫各剖面來看，其發育程度不同，地裂縫帶表現出明顯的側向分帶性。從剖面形狀看，地裂縫的形狀和產狀明顯壹致。所有人工探槽揭露的剖面都證實主裂縫壹般傾向於SE，傾角多為70 ~ 80°。上部墻體的次生裂縫壹般傾向NW，與主裂縫方向相反，傾角60° ~ 70°，兩者夾角壹般為40° ~ 50°。在它們之間，兩者在橫截面上組合成壹個Y形結構。下盤次級裂縫總體傾向se，與主裂縫產狀壹致。根據地裂縫發育程度，剖面上可以主裂縫為中心線，上盤5 ~ 8 m側為地裂縫密集帶；下盤壹側3 ~ 5m為地裂縫稀疏帶。地裂縫發育寬度明顯具有上寬下窄的特點。
2.地裂縫活動模式
大量資料表明，地裂縫對土體的破壞和變形是在三維狀態下進行的。它們的活動表現出三維特征:沿走向垂直擡升、水平拉伸變形和水平扭轉變形的差異。垂直升降的差異導致地面建築開裂；橫向水平拉伸變形加劇了地面建築物的開裂；沿走向的水平扭曲變形加速了被破壞的地面建築物的倒塌。
3.地裂縫的活動規律
從空間上看，大同市地裂縫在垂直方向上沈降量大，水平方向上活動性小。從時間上看，大同市地裂縫表現出明顯的間歇性活動特征，與斷層和地震活動呈正相關。如大同機車廠的地裂縫，由於口泉斷裂在1990年6月30日至10年6月30日活動速率的加快而相對強烈。又如1989年6月大同-陽高6.1級地震後，大同市地裂縫活動速率明顯加快。從人類開采地下水方面來看，地裂縫的活動強度也受地下水開采量的影響。比如1980之前，大同地下水位下降了1.03 ~ 1.10 m/a，1984 ~ 1989期間，地下水位平均下降了1.70m/a，而且是這壹時期大同的地裂縫。
二、大同市地裂縫危險性評價
從上述地裂縫的分布和活動規律可以看出，大同地裂縫基本上涉及整個城區。地裂縫活動的活躍期與構造活動明顯正相關。因此，在對大同市地裂縫危險性進行評價時，應充分考慮這些特征再進行評價。
通過對大同地裂縫的分析研究，我們認為大同地裂縫危險性分析包括以下內容:
(壹)地裂縫災害的分類
不同規模的地裂縫造成不同的損失。長度越長，地裂縫越寬，造成的損失越大。
大同市七條地裂縫帶中有三條從南到北連續出露長度如下:大同機車廠至大同賓館地裂縫約5.0km龍；南郊鑿井隊至下花巖寺地裂約2.5km很長。擁軍北路至同豐路地裂縫長約3.0km。都屬於特大地裂縫。
(2)地裂縫災害機理分析
大同市地裂縫災害主要是由房子村斷層活動引起的表土破裂引起的。其中，斷裂活動通過應力集中、傳遞和釋放對土體、地下工程和地表建築物施加拉應力和剪應力。同時結合建築物自重對地基施加的附加荷載，使建築物變形破壞，導致災害發生。也就是說，地裂縫的致災力來自地裂縫下部斷層蠕動運動的結構應力，以拉應力和剪應力作用於土壤，從而破壞表層土壤結構。當應力傳遞到建築物基礎、地下構築物和地下管線工程周圍的介質(土)中時，地下構築物、基礎和土體在拉應力、剪應力和建築荷載的共同作用下，將發生變形和破壞，從而形成地裂縫這壹地質災害。壹方面，地表建築物的變形和破壞集中於下部結構應力向上部結構應力傳遞；另壹方面，由於地基土的破壞，承載力顯著降低，在建築物自重作用下發生不均勻沈降，導致地基和上部結構發生水平拉剪破壞。地裂縫的災害機理見圖15-5。
(3)地裂縫風險指數及分布圖
從地裂縫的成災機制可以看出，大同的地裂縫活動與當地的構造活動密切相關。地裂縫的災害過程是通過其活動區土壤的破壞，導致地下工程和地表建築物的破壞而形成的。因此，在計算地裂縫風險指數時，主要考慮地裂縫活動、構造運動、地下水開采和地表水(主要是降雨)等因素的影響，將地裂縫對地下工程和地表建築物的風險分為A、B、C、D、E五個等級，對應的指數分別為9、7、5、3和1，按標準計算地裂縫。
根據分級指標的具體標準，我們將大同市區按照30″×15″(經度×緯度)的網格大小劃分為300個大小相同的網格。得到每個網格內的風險指數，繪制大同地裂縫風險指數等值線圖(圖15-6)。從圖中可以看出，三條帶狀的高等值線分布帶與市區的三條地裂縫完全壹致。這客觀地反映了大同市地裂縫的危險性分布。這三條地裂縫對地面的破壞作用有向兩端擴展的趨勢，大同機車廠—大同賓館、南郊鑿井隊—下花巖寺地裂縫的破壞作用有連成壹片的趨勢。
3.大同市地裂縫脆弱性分析
地裂縫災害的危險性反映了地裂縫災害的自然屬性；地裂縫災害的脆弱性反映了其社會經濟屬性，即社會財富的破壞和對人類社會經濟活動的影響，包括對人的心理影響。顯然，同樣強度的地裂縫發生在農村和城市，造成的損失是完全不同的。原因是受災的對象不同。社會財富越集中，經濟越發達，地裂縫災害的脆弱性越大，反之亦然。對於大同市地裂縫的脆弱性評價，我們開展了以下幾個方面的工作:
圖15-5地裂縫災害機制系統框圖
物質脆弱性
* * *包括兩個方面:壹是土地資源(主要指土地利用類型)和社會資產(包括地上建築物、城市地下設施、企事業單位數量、服務業、金融、交通、礦產資源等。)在大同；二是地裂縫強度與土地資源和社會資產破壞程度的關系。對於第壹個方面，我們統計了大同市土地資源分布情況和大同市社會資產統計匯總情況(表15-14)。至於第二個方面，通過前面的分析，我們已經知道，地面裂縫，地面裂縫，地面建築，地下設施都是破壞的。隨著地裂縫的發展，與地裂縫有壹定距離的地面建築和地下設施逐漸被破壞。
經濟脆弱性
地裂縫經濟脆弱性包括以下內容:壹是地裂縫可能造成的直接經濟損失，包括土地價值、房屋維修或搬遷費用、生命線工程修復或改道費用等。二是地裂縫可能造成的間接經濟損失，包括停產造成的損失、對人類生計活動的影響及其他次生影響。據統計，大同市地裂縫造成的直接經濟損失為4000萬元。間接經濟損失計算為3∶1，應為1.2億元。
社會脆弱性
地裂縫的社會脆弱性不同於其他地質災害。壹般不會引起人的心理恐慌。就大同而言，到目前為止，還沒有地裂縫造成人員傷亡的報告。
圖15-6大同市地裂縫危險性指數等值線圖
表15-14大同市(市區)社會資產統計匯總表
(4)損壞率和損失率
地裂縫直接破壞土地、建築物和地下工程設施。地面建築物和地下工程的破壞率定義為:地裂縫造成的地面建築物破壞面積/建築物總面積。其損失率可以定義為:地裂縫造成的地面建築物破壞面積的價值/建築物總價值。上述兩個定義也可以類比為地裂縫對土地資源的破壞。根據損傷率和結構狀況，將地裂縫對結構的損傷程度分為五個等級:微、輕、中、大、重、重。同時，我們給出了維修費用占施工費用的百分比，從而得出維修費用，以供參考。
(5)脆弱性指數和綜合脆弱性指數等值線圖。
通過對地裂縫的物質脆弱性和經濟脆弱性的分析可知，地裂縫的脆弱性主要取決於地裂縫中物質財富的豐富程度和社會經濟的發展程度。為了直觀合理地反映這種影響，我們選取了對地裂縫脆弱性影響較大的三個因素:人口密度、土地類型和結構。根據這些因素的不同狀態，選取壹定的脆弱性指數；然後比較這三個因素對地裂縫脆弱性的重要程度。根據比較結果，運用層次分析法計算出各因素對地裂縫脆弱性的權重，得到地裂縫脆弱性綜合指數。其具體做法如下:
將大同市區按照30″×15″(經度×緯度)的網格大小劃分為300個大小相同的網格。根據表15-15中評價要素的準入標準，得出各網格中各因子P(人口密度)、L(土地類型)、S(結構類型)的指標Ep、EL、es(表15-5)，然後將P、L、S進行成對比較。重要性指數分別為9、7、5、3和1。最後，將重要性指數代入層次分析法計算程序，計算出P的權重WP、L的權重WL和S的權重WS，根據下式得到綜合脆弱性指數VI:
地質災害評估的理論與實踐
表15-15脆弱性評估要素和因子指標標準表
將綜合脆弱指數點在地圖上，繪制地裂縫綜合脆弱指數等值線圖(圖15-7)。
從脆弱性指數等值線分布圖可以看出，大同市地裂縫較大的脆弱性主要集中在城區(見圖中等值線6的線)，而最大的脆弱性主要集中在市中心的商業金融區。
四、大同市地裂縫災害破壞損失評估
地裂縫破壞的直接對象是土地和建在地面和地下的各種設施。因此，地裂縫破壞損失的評估考慮了這兩個方面。每個方面還可以考慮實際損失評估和未來損失評估。其具體內容如下:
(壹)土地價值損失的核算
地裂縫對土地的破壞和損失有兩種:壹種是土地因地裂縫的破壞而完全不能使用。比如主要地裂縫直接經過的地方，地面被破壞，使土地失去使用價值。另壹個是由於地裂縫的破壞而導致的土地退化利用。比如受主要地裂縫影響的區域，原來是壹類用地，現在降為三類或四類用地。以下從實際損失評估和未來損失評估考慮。
1.土地真實損失評估
真實土地損失的評估是計算已經發生地裂縫災害的地區的損失。評估的目的是獲得災害造成的土地資源總損失。具體評價方法是:
根據地裂縫經過地區的使用類別，結合地裂縫對土地的破壞程度，實際總土地損失DT0按下式計算:
地質災害評估的理論與實踐
其中:n 1-完全毀壞土地面積的塊數；
N2——退化土地面積塊的數量；
esti——完全被毀的第I個地塊的土地面積；
esj——用於J區塊降級的土地面積；
Pei——第I塊土地的單價；
pej-第J個區塊的降級用地的單價差。
根據上述公式，我們得出大同市地裂縫造成的實際總土地損失DT0約為654.38+00萬元。
圖15-7大同市地裂縫易損性指數等值線圖
2.未來損失評估
土地未來損失評估是計算地裂縫災害將要發生地區的土地資源可能遭受的損失。評價目的是獲得未來災害造成的土地資源總損失DT1。具體評估公式為:
地質災害評估的理論與實踐
其中:k為比例系數，k的具體解根據前面做的地裂縫風險指數等值線圖得出，其中等值線最高(即已發現地裂縫的地方)，k為1，其他地方k的值可以為(Vi/Vmax)2；
Vi——所選地點的地裂縫風險指數值；
Vmax——評價場地的最大風險指數；其他量具有與公式(2)相同的含義。按此計算，2000年大同土地價值損失約2000萬元。
(2)房屋等建築物的損失核算。
地裂縫對結構的破壞表現為房屋開裂甚至倒塌。其造成的損失可以分兩種情況考慮。壹種情況是房屋損壞到壹定程度，維修後可以繼續使用；還有壹種情況是房子被完全破壞，不能再用了。第壹種情況可以直接通過維護費來估算損失，第二種情況我們還是從實際損失評估和未來損失評估兩個方面來考慮。
1.實際損失評估
建築物實際損失的評估是計算地裂縫對建築物造成的損失。評估的目的是獲得災害造成的結構總損失DB0。其評價的數學模型是:
地質災害評估的理論與實踐
式中:HSI——第壹截面中受損結構的面積；
phi——第I節中結構單位面積的成本；
N——受災害破壞的建築物的數量。
根據上述模型，我們發現大同市地裂縫對建築物造成的實際損失約為3000萬元。
2.未來損失評估
結構物未來損失評估是計算將發生地裂縫的結構物可能的損失。評估的目的是獲得未來災害造成的結構損失DB1。評估公式為:
地質災害評估的理論與實踐
其中:k的含義與式(3)相同；其他量的含義與公式(4)中的相同。如果不采取有效的預防措施，預計到2000年，大同市建築物的損失將達4000萬元左右。
通過以上分析，我們可以得到地裂縫災害的實際總損失為(DT0+DB0)，即4000萬元；未來(2000年)總損失為(DT1+DB1)，即6000萬元。
五、地裂縫災害防治工程評價
大同市地裂縫屬於構造地裂縫，其顯著特征是不可抗拒的。因此，目前還沒有有效的方法來防治地裂縫災害。下面簡單分析壹下防治項目的可行性和成本。
(壹)防治項目的可行性分析
地裂縫防治工程的可行性分析應包括以下兩個方面:
1.地裂縫場地的工程地質評價。在分析控制和影響地裂縫主要因素的基礎上，結合土的物理力學性質，對地裂縫影響區進行了分類和分區。
2.防治工程技術分析。主要分析防治方案是否合理可行。
(2)控制效益分析
1.減災效益直接經濟指數(Z)
Z=J-T
其中:j為采用特定減災技術進行災害防治後，災害損失的減少量；t是防治費用的投入。
2.減災效益比率(b)
B=Z/T
3.投入效果比
Bt=J/T
壹般來說，z只反映某壹災害防治後所獲得的直接經濟效益的凈值。它未能反映減災活動的效益，也就是說，獲得同樣的直接經濟效益的凈值，投入的防治成本T可能大不相同。為了反映減災活動的效益，可以用指數(b)來衡量。b反映單位投資獲得的直接經濟效益的凈值，即減災活動的效益。當B值大於或等於當年社會的貼現率時，可以認為減災活動投資是可行的。
根據大同和Xi的實際調查，采取有效的預防措施後，地裂縫造成的各種損失可減少三分之二以上。