北京房山軍紅路邊坡地質災害特征及成因分析

趙忠海 李敏

摘? 要：北京房山軍紅路（X209）邊坡地質災害，是北京市近些年來所發生的規模較大的一次邊坡地質災害。該災害損毀公路約80m，并導致雙向交通斷絕、相關公交車改線及部分景區關停，所造成的直接和間接經濟損失極大。在現場應急調查工作的基礎上，對該災害的主要特征及成因進行了認真分析。分析結果表明，該災害類型屬滑移式崩塌，陡峻的地形、軟硬相間的巖層以及發育的節理裂隙構造，為災害的發生提供了有利的條件，而多日持續的降雨則是導致災害發生的主要誘因。

關鍵詞：軍紅路;邊坡地質災害;特征;成因;分析。

中圖分類號：P642.21? ? ?文獻標識碼：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11525～11730，北緯3926～4103，面積約16800km2，其中山區面積約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）。

在大地構造位置上，北京處于近東西向的陰山構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，在漫長的地質歷史中，受多次構造運動影響，故構造格局比較復雜，巖層風化破碎嚴重（趙金仁等，2005）。

由于經濟、社會的迅速發展，人類活動對環境的影響破壞日趨嚴重，特別是開山修路，造成了大量不穩定的人工邊坡，在地震、降雨等觸發因素影響下，極易發生滑坡、崩塌等地質災害，給公路交通的正常運行造成嚴重影響，給人民的生命和財產帶來巨大損失。據不完全統計，目前北京山區公路沿線的邊坡地質災害隱患共有2000余處，對過往行人、車輛以及公路交通設施等構成嚴重威脅。

軍紅路（X209）是由北京市門頭溝區軍響至房山區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，地質構造復雜，故地質災害隱患特別是邊坡地質災害隱患非常發育。2018年8月11日，軍紅路（X209）房山段K18+350處（大安山礦附近）發生重大邊坡地質災害，山體垮塌嚴重，方量約30000m3，是北京市近些年來所發生的規模較大的一次邊坡地質災害（圖1）。垮落山石的塊徑多在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、路基及護欄，損毀路段長約80m，并導致軍紅路雙向斷路、相關公交車改線及部分景區關停，所造成的直接和間接經濟損失極大。所幸在災害發生前有地質災害群測群防員及時發現征兆并果斷采取了有效攔截措施，本次災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。

但關于本次邊坡地質災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。筆者在現場應急調查工作的基礎上，對該災害的主要特征及成因進行了認真分析和研究，認為該災害類型屬滑移式崩塌，陡峻的地形、軟硬相間的巖層以及發育的節理裂隙構造為該災害的發生提供了有利的條件，而多日持續的降雨則是導致該災害發生的主要誘因。

1 災害主要特征

1.1 邊坡分類

邊坡是指地表一切具有側向臨空面的地質體，通常由坡頂、坡面、坡腳以及地下一定深度內的巖土體組成。關于其類型劃分，國內至今尚無公認的統一方法。比較常見的是根據坡體的巖土成分、地形成因、工程類別、使用年限、高度以及坡度等進行分類（表1）。

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

根據上述分類方法，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生局部或整體位移的現象。按照變形的性質和機制，可分為坍塌、滑坡、崩塌、 錯落及傾倒等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度所能保持的穩定坡度而產生逐層塌落的變形現象;滑坡是邊坡巖土體在重力和其他外力作用下沿坡體內一定的軟弱面（ 或帶） 整體向下以水平位移為主的變形現象;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，突然向下崩落的現象;錯落是指被陡傾結構面與后部完整巖體分開的風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為主的變形現象;傾倒是指陡傾的巖體由于卸荷回彈和其他外力作用，繞其底部某點向臨空方向傾倒的現象（王恭先，2003）。

軍紅路（X209）K18+350處的邊坡地質災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，其崩落物的垂直運動距離遠大于水平運動距離，且崩落物運動軌跡的規律性較差，按上述劃分標準，應屬于崩塌變形模式。

圖3是根據該邊坡地質災害發生時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，分別沿著兩個與坡體相同傾向的破壞結構面（圖3中的A和B）向前下方崩落。從圖3中可以看出，破壞結構面A和B下方的坡體均未發生變形，而其上方坡體則發生了明顯位移。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：即坡體頂部的不穩定巖體（圖中的Ⅰ）先發生變形破壞，坡頂崩落的巖體加劇了坡體中部的荷載，從而引發了坡體中部不穩定巖體（圖中的Ⅱ）的變形破壞，最終導致了整個坡體的崩塌災害。

1.3 災害類型

根據《滑坡防治工程勘查規范》（DZ/T0218-2006），崩塌災害可分為傾倒式、滑移式、鼓脹式、拉裂式、錯裂式等幾種主要類型（韓慶洋等，2014）。按照其判斷標準，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°，發育有傾向臨空面的結構面，滑移面主要受自重引起的剪切力作用，坡體變形的起始運動形式為“滑移→墜落”，故其災害類型為滑移式崩塌（表2）。

2 災害成因分析

導致和影響邊坡變形和破壞的因素很多，總體可分為內在因素和外在因素兩個方面。其中，內在因素主要包括地形地貌、地層巖性、巖體結構以及地質構造等;外在因素主要包括降雨、風化、地震以及人類工程活動等。

2.1 地形地貌

大量的崩塌災害表明，陡峻的斜坡地形是形成崩塌災害的必要條件（杜蜀賓，2004）。軍紅路（X209）K18+350處邊坡為巖質高邊坡，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系，該處坡體向前突出，三面臨空，致使其穩定性較差。

2.2 地層巖性

地層巖性是決定邊坡變形和破壞的物質基礎，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，巖層產狀為348～350，∠15～21;坡體的頂部為玄武巖和安山巖，巖石表面風化嚴重，柱狀節理較發育。

2.3 巖體結構

巖體結構及結構面的發育特征是巖體邊坡變形破壞的控制因素。發育的節理、裂隙等結構面將巖體切割成大小不一、形狀不規則的結構體，使巖體的整體性受到嚴重破壞，同時也為地表水的入滲和地下水的運移提供了通道，從而加劇了邊坡巖體的風化作用，大大降低了斜坡的穩定性。

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

由于結構破碎，風化嚴重，且發育有傾向臨空面的貫穿性裂隙結構面，故坡體的穩定性較差。

2.4 人類工程活動

人類工程活動改變了坡體的自然狀態，坡體結構以及坡體內部的應力分布特征。人工開挖對邊坡產生卸荷作用，導致坡體內部的應力重新分布，從而在邊坡的卸荷區內形成一系列張拉性裂隙，這些張拉性裂隙與坡體內部的其它裂隙和結構面組合在一起，逐步貫通，嚴重破壞了坡體的完整性和穩定性，形成危巖體，在地震或降雨等外力觸發作用下，非常容易發生崩塌災害（駱銀輝等，2008）。

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

2.5 多日持續降雨

除了地震，降雨可以說是導致邊坡發生變形和破壞的最大誘因。因為降雨使會巖土體軟化，質量增大，還會產生動水壓力和靜水壓力，使巖土體的抗剪強度降低，從而誘發和加劇邊坡的變形和破壞。

今年入汛以來，大安山鄉已出現4次較強的集中降雨。據氣象監測數據統計，在軍紅路（X209）K18+350處邊坡地質災害發生前的一周，也就是8月5日—11日，大安山地區的累計降雨量高達172mm。這種高強度的集中降雨沿裂隙入滲后，使邊坡巖體強度大大降低，孔隙水壓力顯著增加，從而誘發邊坡變形破壞，最終導致崩塌災害的發生。

3 結語

軍紅路（X209）K18+350處邊坡是一處由火山巖地層組成的巖質高邊坡，巖石中節理和裂隙等結構發育，巖體強度較低。“中下部砂巖和粉砂巖、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獨特的地形地貌，邊坡高陡且具有多級的臨空面，不利于坡體穩定。人工修路破壞了邊坡的自然狀態，坡體結構以及坡體內部的應力分布特征，人工開挖對邊坡產生卸荷作用，導致坡體內部的應力重新分布，從而在邊坡的卸荷區內形成一系列傾向臨空面的張拉性裂隙，嚴重破壞了坡體的完整性，并為地表水入滲和地下水運移提供了便利條件。而高強度的集中降雨，沿節理和裂隙入滲后大大增加了坡體的自重，降低了巖體的強度，提高了坡體內的動水壓力和靜水壓力，從而誘發了邊坡的變形和破壞，最終導致了崩塌災害的發生。

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

參考文獻

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