北京房山軍紅路邊坡地質(zhì)災(zāi)害特征及成因分析

趙忠海 李敏

摘? 要：北京房山軍紅路（X209）邊坡地質(zhì)災(zāi)害，是北京市近些年來所發(fā)生的規(guī)模較大的一次邊坡地質(zhì)災(zāi)害。該災(zāi)害損毀公路約80m，并導(dǎo)致雙向交通斷絕、相關(guān)公交車改線及部分景區(qū)關(guān)停，所造成的直接和間接經(jīng)濟(jì)損失極大。在現(xiàn)場應(yīng)急調(diào)查工作的基礎(chǔ)上，對該災(zāi)害的主要特征及成因進(jìn)行了認(rèn)真分析。分析結(jié)果表明，該災(zāi)害類型屬滑移式崩塌，陡峻的地形、軟硬相間的巖層以及發(fā)育的節(jié)理裂隙構(gòu)造，為災(zāi)害的發(fā)生提供了有利的條件，而多日持續(xù)的降雨則是導(dǎo)致災(zāi)害發(fā)生的主要誘因。

關(guān)鍵詞：軍紅路;邊坡地質(zhì)災(zāi)害;特征;成因;分析。

中圖分類號：P642.21? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ?文章編號：1007-1903（2018）04-0032-05

0 前言

北京地處華北平原的西北部，其東經(jīng)11525～11730，北緯3926～4103，面積約16800km2，其中山區(qū)面積約10400 km2，主要位于北京平原的西部（屬太行山山脈）、北部及東北部（屬燕山山脈），其面積約占北京總面積的62.0%左右（吳言軍等，2006）。

在大地構(gòu)造位置上，北京處于近東西向的陰山構(gòu)造帶南緣及其與北北東向的山西斷隆 、 北北東向的華北斷坳的接合部位，在漫長的地質(zhì)歷史中，受多次構(gòu)造運(yùn)動影響，故構(gòu)造格局比較復(fù)雜，巖層風(fēng)化破碎嚴(yán)重（趙金仁等，2005）。

由于經(jīng)濟(jì)、社會的迅速發(fā)展，人類活動對環(huán)境的影響破壞日趨嚴(yán)重，特別是開山修路，造成了大量不穩(wěn)定的人工邊坡，在地震、降雨等觸發(fā)因素影響下，極易發(fā)生滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害，給公路交通的正常運(yùn)行造成嚴(yán)重影響，給人民的生命和財(cái)產(chǎn)帶來巨大損失。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前北京山區(qū)公路沿線的邊坡地質(zhì)災(zāi)害隱患共有2000余處，對過往行人、車輛以及公路交通設(shè)施等構(gòu)成嚴(yán)重威脅。

軍紅路（X209）是由北京市門頭溝區(qū)軍響至房山區(qū)紅煤廠的一條縣級公路，全長約42km，由于其沿途地形地貌多變，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，故地質(zhì)災(zāi)害隱患特別是邊坡地質(zhì)災(zāi)害隱患非常發(fā)育。2018年8月11日，軍紅路（X209）房山段K18+350處（大安山礦附近）發(fā)生重大邊坡地質(zhì)災(zāi)害，山體垮塌嚴(yán)重，方量約30000m3，是北京市近些年來所發(fā)生的規(guī)模較大的一次邊坡地質(zhì)災(zāi)害（圖1）?？迓渖绞膲K徑多在0.5m左右，最大落石的體積約為5m×3m×3m。大量的垮落物砸毀了路面、路基及護(hù)欄，損毀路段長約80m，并導(dǎo)致軍紅路雙向斷路、相關(guān)公交車改線及部分景區(qū)關(guān)停，所造成的直接和間接經(jīng)濟(jì)損失極大。所幸在災(zāi)害發(fā)生前有地質(zhì)災(zāi)害群測群防員及時(shí)發(fā)現(xiàn)征兆并果斷采取了有效攔截措施，本次災(zāi)害未造成過往人員和車輛的傷亡和損毀，從而避免了更大的損失。

但關(guān)于本次邊坡地質(zhì)災(zāi)害的類型和成因卻眾說紛紜，有人說是崩塌，有人說是坍塌，還有人說是滑坡。筆者在現(xiàn)場應(yīng)急調(diào)查工作的基礎(chǔ)上，對該災(zāi)害的主要特征及成因進(jìn)行了認(rèn)真分析和研究，認(rèn)為該災(zāi)害類型屬滑移式崩塌，陡峻的地形、軟硬相間的巖層以及發(fā)育的節(jié)理裂隙構(gòu)造為該災(zāi)害的發(fā)生提供了有利的條件，而多日持續(xù)的降雨則是導(dǎo)致該災(zāi)害發(fā)生的主要誘因。

1 災(zāi)害主要特征

1.1 邊坡分類

邊坡是指地表一切具有側(cè)向臨空面的地質(zhì)體，通常由坡頂、坡面、坡腳以及地下一定深度內(nèi)的巖土體組成。關(guān)于其類型劃分，國內(nèi)至今尚無公認(rèn)的統(tǒng)一方法。比較常見的是根據(jù)坡體的巖土成分、地形成因、工程類別、使用年限、高度以及坡度等進(jìn)行分類（表1）。

除此之外，還有根據(jù)邊坡變形破壞的形式如變形速度、變形特征抑或變形發(fā)育階段等進(jìn)行分類。

根據(jù)上述分類方法，軍紅路（X209）K18+350處的邊坡按照巖土成分劃分，屬于巖質(zhì)邊坡;按照地形成因劃分，屬于自然邊坡;按照工程類別劃分，屬于道路邊坡;按照使用年限劃分，屬于永久邊坡;該邊坡坡高約85m（公路上方），按照坡體高度劃分，屬于高邊坡;坡度約60～70，按照邊坡坡度劃分，屬于懸坡（吳言軍等，2011）。

1.2 變形模式

邊坡變形指的是坡體表面或深部發(fā)生局部或整體位移的現(xiàn)象。按照變形的性質(zhì)和機(jī)制，可分為坍塌、滑坡、崩塌、 錯(cuò)落及傾倒等5種主要類型（圖2）。其中，坍塌是指土層、堆積層或風(fēng)化破碎巖層邊坡，由于土壤中水或裂隙水作用、河流沖刷或人工開挖坡陡于巖土體自身強(qiáng)度所能保持的穩(wěn)定坡度而產(chǎn)生逐層塌落的變形現(xiàn)象;滑坡是邊坡巖土體在重力和其他外力作用下沿坡體內(nèi)一定的軟弱面（ 或帶） 整體向下以水平位移為主的變形現(xiàn)象;崩塌是指陡坡上的巨大巖體或土體，在重力和其他外力作用下，突然向下崩落的現(xiàn)象;錯(cuò)落是指被陡傾結(jié)構(gòu)面與后部完整巖體分開的風(fēng)化破碎巖體因邊坡開挖失卻支撐力，下伏軟弱巖層不足以承受上部巖體壓力而被壓縮， 引起坡體以垂直下錯(cuò)為主的變形現(xiàn)象;傾倒是指陡傾的巖體由于卸荷回彈和其他外力作用，繞其底部某點(diǎn)向臨空方向傾倒的現(xiàn)象（王恭先，2003）。

軍紅路（X209）K18+350處的邊坡地質(zhì)災(zāi)害主要是陡坡上的巨大巖體在重力作用下突然向下崩落所致，其崩落物的垂直運(yùn)動距離遠(yuǎn)大于水平運(yùn)動距離，且崩落物運(yùn)動軌跡的規(guī)律性較差，按上述劃分標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)屬于崩塌變形模式。

圖3是根據(jù)該邊坡地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生時(shí)的視頻資料所截取的4幀圖片，可清楚看出該邊坡變形破壞的發(fā)展過程。該邊坡的崩落體主要有兩處（圖3中的Ⅰ和Ⅱ），它們在重力的作用下，分別沿著兩個(gè)與坡體相同傾向的破壞結(jié)構(gòu)面（圖3中的A和B）向前下方崩落。從圖3中可以看出，破壞結(jié)構(gòu)面A和B下方的坡體均未發(fā)生變形，而其上方坡體則發(fā)生了明顯位移。由①至④，Ⅰ逐漸崩落→變薄以至于消失;Ⅱ逐漸變厚→崩落直至全部崩落于坡腳。這清晰反映出了該坡體變形破壞的先后次序：即坡體頂部的不穩(wěn)定巖體（圖中的Ⅰ）先發(fā)生變形破壞，坡頂崩落的巖體加劇了坡體中部的荷載，從而引發(fā)了坡體中部不穩(wěn)定巖體（圖中的Ⅱ）的變形破壞，最終導(dǎo)致了整個(gè)坡體的崩塌災(zāi)害。

1.3 災(zāi)害類型

根據(jù)《滑坡防治工程勘查規(guī)范》（DZ/T0218-2006），崩塌災(zāi)害可分為傾倒式、滑移式、鼓脹式、拉裂式、錯(cuò)裂式等幾種主要類型（韓慶洋等，2014）。按照其判斷標(biāo)準(zhǔn)，軍紅路（X209）K18+350處邊坡的巖性為軟硬相間的巖層，坡度大于55°，發(fā)育有傾向臨空面的結(jié)構(gòu)面，滑移面主要受自重引起的剪切力作用，坡體變形的起始運(yùn)動形式為“滑移→墜落”，故其災(zāi)害類型為滑移式崩塌（表2）。

2 災(zāi)害成因分析

導(dǎo)致和影響邊坡變形和破壞的因素很多，總體可分為內(nèi)在因素和外在因素兩個(gè)方面。其中，內(nèi)在因素主要包括地形地貌、地層巖性、巖體結(jié)構(gòu)以及地質(zhì)構(gòu)造等;外在因素主要包括降雨、風(fēng)化、地震以及人類工程活動等。

2.1 地形地貌

大量的崩塌災(zāi)害表明，陡峻的斜坡地形是形成崩塌災(zāi)害的必要條件（杜蜀賓，2004）。軍紅路（X209）K18+350處邊坡為巖質(zhì)高邊坡，坡體頂部呈陡崖狀，陡崖高約30m，傾角約75～85;坡體中下部為高陡邊坡，坡高約55m，傾角約60～70。沿坡面傾向，存在兩處高陡的臨空面。且由于地形地貌切割關(guān)系，該處坡體向前突出，三面臨空，致使其穩(wěn)定性較差。

2.2 地層巖性

地層巖性是決定邊坡變形和破壞的物質(zhì)基礎(chǔ)，其差異對邊坡變形和破壞的影響很大。軍紅路（X209）K18+350處邊坡由三疊系杏石口組及侏羅系南大嶺組、窯坡組地層組成（圖4），坡體的中下部為中厚層狀砂巖與薄層狀粉砂巖、頁巖互層，巖層產(chǎn)狀為348～350，∠15～21;坡體的頂部為玄武巖和安山巖，巖石表面風(fēng)化嚴(yán)重，柱狀節(jié)理較發(fā)育。

2.3 巖體結(jié)構(gòu)

巖體結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)面的發(fā)育特征是巖體邊坡變形破壞的控制因素。發(fā)育的節(jié)理、裂隙等結(jié)構(gòu)面將巖體切割成大小不一、形狀不規(guī)則的結(jié)構(gòu)體，使巖體的整體性受到嚴(yán)重破壞，同時(shí)也為地表水的入滲和地下水的運(yùn)移提供了通道，從而加劇了邊坡巖體的風(fēng)化作用，大大降低了斜坡的穩(wěn)定性。

軍紅路（X209）K18+350處邊坡巖體中節(jié)理和裂隙較為發(fā)育，主要發(fā)育兩組節(jié)理和一組裂隙。兩組節(jié)理的產(chǎn)狀分別為：196∠43和115∠80;裂隙的產(chǎn)狀為148～156∠60～78，其傾向與坡向（臨空面）基本一致。

由于結(jié)構(gòu)破碎，風(fēng)化嚴(yán)重，且發(fā)育有傾向臨空面的貫穿性裂隙結(jié)構(gòu)面，故坡體的穩(wěn)定性較差。

2.4 人類工程活動

人類工程活動改變了坡體的自然狀態(tài)，坡體結(jié)構(gòu)以及坡體內(nèi)部的應(yīng)力分布特征。人工開挖對邊坡產(chǎn)生卸荷作用，導(dǎo)致坡體內(nèi)部的應(yīng)力重新分布，從而在邊坡的卸荷區(qū)內(nèi)形成一系列張拉性裂隙，這些張拉性裂隙與坡體內(nèi)部的其它裂隙和結(jié)構(gòu)面組合在一起，逐步貫通，嚴(yán)重破壞了坡體的完整性和穩(wěn)定性，形成危巖體，在地震或降雨等外力觸發(fā)作用下，非常容易發(fā)生崩塌災(zāi)害（駱銀輝等，2008）。

圖5是軍紅路（X209）K18+350處邊坡在發(fā)生崩塌災(zāi)害后，由于卸荷作用所導(dǎo)致的張拉性裂隙。從圖中可以看出，這些張拉性裂隙非常發(fā)育，貫通性好，將坡體切割成大小不一的塊體，嚴(yán)重破壞了坡體的完整性，并為地表水入滲和地下水運(yùn)移提供了便利條件。且其傾向臨空面，一旦遇到強(qiáng)震動和強(qiáng)降雨情況下，極易成為邊坡變形破壞的軟弱結(jié)構(gòu)面，導(dǎo)致再次崩塌災(zāi)害的發(fā)生，必須予以清除。

2.5 多日持續(xù)降雨

除了地震，降雨可以說是導(dǎo)致邊坡發(fā)生變形和破壞的最大誘因。因?yàn)榻涤晔箷r土體軟化，質(zhì)量增大，還會產(chǎn)生動水壓力和靜水壓力，使巖土體的抗剪強(qiáng)度降低，從而誘發(fā)和加劇邊坡的變形和破壞。

今年入汛以來，大安山鄉(xiāng)已出現(xiàn)4次較強(qiáng)的集中降雨。據(jù)氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，在軍紅路（X209）K18+350處邊坡地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生前的一周，也就是8月5日—11日，大安山地區(qū)的累計(jì)降雨量高達(dá)172mm。這種高強(qiáng)度的集中降雨沿裂隙入滲后，使邊坡巖體強(qiáng)度大大降低，孔隙水壓力顯著增加，從而誘發(fā)邊坡變形破壞，最終導(dǎo)致崩塌災(zāi)害的發(fā)生。

3 結(jié)語

軍紅路（X209）K18+350處邊坡是一處由火山巖地層組成的巖質(zhì)高邊坡，巖石中節(jié)理和裂隙等結(jié)構(gòu)發(fā)育，巖體強(qiáng)度較低?！爸邢虏可皫r和粉砂巖、頁巖互層+頂部玄武巖、安山巖”的地層巖性組合形成了火山巖地層分布區(qū)獨(dú)特的地形地貌，邊坡高陡且具有多級的臨空面，不利于坡體穩(wěn)定。人工修路破壞了邊坡的自然狀態(tài)，坡體結(jié)構(gòu)以及坡體內(nèi)部的應(yīng)力分布特征，人工開挖對邊坡產(chǎn)生卸荷作用，導(dǎo)致坡體內(nèi)部的應(yīng)力重新分布，從而在邊坡的卸荷區(qū)內(nèi)形成一系列傾向臨空面的張拉性裂隙，嚴(yán)重破壞了坡體的完整性，并為地表水入滲和地下水運(yùn)移提供了便利條件。而高強(qiáng)度的集中降雨，沿節(jié)理和裂隙入滲后大大增加了坡體的自重，降低了巖體的強(qiáng)度，提高了坡體內(nèi)的動水壓力和靜水壓力，從而誘發(fā)了邊坡的變形和破壞，最終導(dǎo)致了崩塌災(zāi)害的發(fā)生。

軍紅路（X209）K18+350處邊坡崩塌災(zāi)害在北京地區(qū)具有一定的典型性和代表性。該類邊坡在北京山區(qū)特別是火山巖地層分布區(qū)的公路沿線很常見。認(rèn)真分析研究本次崩塌災(zāi)害的特征和成因，對今后該類邊坡地質(zhì)災(zāi)害防治工作的開展具有重要的借鑒和指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)

杜蜀賓，2004. 西南礦區(qū)山體崩塌成因機(jī)制分析及防治對策[J]. 地球科學(xué)與環(huán)境學(xué)報(bào)，26（1）： 89-92.

韓慶洋，乃尉華，2014. 伊吾縣縣城北側(cè)崩塌地質(zhì)災(zāi)害特征分析[J]. 西部探礦工程，12：143-146.

駱銀輝，胡斌，朱榮華，等，2008. 崩塌的形成機(jī)理與防治方法[J]. 西部探礦工程，12： 1-3.

王恭先，2003. 高邊坡設(shè)計(jì)與加固問題的討論[J]. 甘肅科學(xué)學(xué)報(bào)，15（S1）： 5-9.

吳言軍，陳愛新，劉長青，2006.北京山區(qū)公路巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性分析及防治對策[J]. 工程勘察，（S1）： 152-158.

吳言軍，陳愛新，2011. 北京山區(qū)邊坡災(zāi)害特征及防范措施[J]. 地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù)，22（2）： 42-45.

趙金仁，張先康，張成科，等，2005. 北京西北地區(qū)殼幔結(jié)構(gòu)的非均勻性特征與地震活動[J]. 地震學(xué)報(bào)，27（2）： 119-127.