北京紅星村危巖發育特征與穩定性評價研究

王詵 高麗輝 李存金 吳蔚 張春雷

摘 要：紅星村處于北京市北西部的低山地帶，區內山巒起伏，巖石裸露，主要為一套中-深變質巖，區內節理裂隙較發育，巖石表面破碎，降雨具有不均衡的特點，在暴雨作用下巖石易脫離母巖沿邊坡掉落，本文通過激射赤平投影對邊坡坡向及結構面相互作用進行分析，從而直觀的表現出結構面和坡向空間上的作用關系，邊坡主要受三組結構面控制，節理2切割作用明顯，節理1與節理2的交點位于邊坡投影弧的同側，結構不穩定，在節理1、節理2相互作用切割破碎的巖體，易沿邊坡滑移、掉落，破壞方式主要為墜落式兼傾倒式;結合危巖穩定性的定量分析，確定危巖體在自然工況下為欠穩定狀態，在暴雨、地震工況下為不穩定狀態，通過對危巖體穩定性分析為邊坡的防護與治理提供依據。

關鍵詞：崩塌;裸巖;結構面;工況;穩定性

中圖分類號：P642.2 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）13-0149-02

0 引言

崩塌落石是常見的地質災害，是山區三大地質災害之一[1]，邊坡落石經常發生在地形陡峭的山區地帶，雖然其規模較小，但具有突發性高、隨機性強的特點所以常對基礎設施和建筑物帶來危害，甚至危及災害區人們的生命與財產，我國的崩塌落石災害有著明顯的區域性，主要分布在西南地區，北部地區部分山區主要受人為修路等作用影響，存在局部崩塌隱患，如2018年8月10日房山區大安山地區曾發生大面積的崩塌，道路被滾石砸斷，雖未造成人員傷亡，但對災害的預警和防治迫在眉睫，胡厚田[1]收集并分析了我國鐵路沿線的崩塌落，了解了崩塌落石的形成條件和產生機理陳洪凱等認為危巖落石形成包括內因和外因兩方面[2]，其中內因有軟硬相間的地層組合、陡峻的地形及強烈的卸荷作用，而外因則包括裂隙水壓力和地震作用，因此如何對崩塌落石的形成機制、運動特性、穩定性評價進行有效的判斷，進而采取有效的工程防護措施[3，7，9]，是山區經濟建設中的亟待解決的問題[5]。本文從危巖的形成、發展及穩定性進行研究。

1 研究區概況

研究區地處華北平原與燕山山脈的過渡地帶，境內山巒起伏，東、西、北三面群山連綿，中部低緩，西南開闊，海拔在300-700米之間，屬低山地貌[1];出露巖石類型以中-高級變質巖為主，主要有片巖、變粒巖，變質原巖主要以基性-中性火山巖為主，成層性好，巖石堅硬，抗風化能力強。區內地層巖性單一，產狀穩定，未見明顯破碎帶等構造現象[7]，整體較為穩定，但距張家墳─山神廟斷裂距離較近，受區域構造應力影響，節理裂隙較為發育;區內屬暖溫帶季風型大陸性半濕潤半干旱氣候區，夏季炎熱多雨，年際降雨量懸殊，年內降雨量不均衡，降雨主要集中在7、8月份，多見短時暴雨，節理裂隙的高陡變坡，雨水灌入裂隙，增加了裂隙的靜壓力，加之風化作用，易引起邊坡掉塊及局部垮塌[7-10]。

2 危巖體分布及結構特征

2.1 危巖體規模與分布

研究區呈南側高，北側略低態勢，邊坡長度約為90m，邊坡走向170°，相對高差23m，邊坡呈近直立狀，巖體表面0.1-0.4m厚度范圍內部分已成碎塊狀，坡腳處可見掉落的塊石，邊坡呈陡崖狀，研究區內基巖裸露，巖體在節理、裂隙等構造作用切割下，破碎成危巖塊體，地表可見崩塌的碎石，根據危巖、浮石的分布情況，區內共圈定兩處危巖體。

區內東側危巖呈條帶狀，西側呈片狀分布，危巖體長為10-22m，寬為6-15m，厚度0.6 -1.2m，巖性為黑云母片巖，受區域應力影響，節理裂隙較為發育，共發育三組結構面。①組層理面：為巖層產狀結構面，該組結構面是黑云母片巖一組面理，產狀55°∠28°，層理面與坡面反向發育，裂隙內大部分無充填，植被較不發育。②組為節理面1：該組節理由多個平行節理面構成該組節理。節理面平直，節理裂隙寬度：2-20cm，無充填。節理延伸距離不遠，節理斷續延伸，不連續貫通，密度：1-3條/m。產狀：310°∠75°。③組為節理面2：該節理面順坡發育，呈微張狀，較為平直，節理延伸距離不遠，節理密度：2-4條/m，產狀：235°∠80°。

2.2 危巖體結構特征及破壞方式

區內危巖體整體巖層產狀、節理裂隙發育狀態及產狀基本相似。構造結構面為巖體中最主要的結構面，巖體節理裂隙較為發育，裂隙張開0.5-5cm，較順直光滑，節理1為順坡向節理，將巖體切割成厚板狀，巖體后緣裂隙較為發育，部分巖體脫離母巖，支撐點為巖體后緣與母巖的連接處，由于早期部分巖體掉落，部分巖體呈弱凹腔狀，節理2斜穿坡面，與節理1斜交，層理產狀與坡向呈逆向，在層理與節理3組結構面共同作用下，巖體表面破碎，當節理面的鎖固面貫通時巖體巖體沿邊坡滑落。根據危巖的特征和變形破壞機制，現根據危巖崩塌的運動特征，所以易于發生墜落式兼傾倒式崩塌，且崩塌的塊碎石直徑為0.2-0.8m，在暴雨或地震等誘發作用下，斜坡上的危巖體將向下滑動滾落，形成崩塌。

3 危巖體穩定性分析

3.1 宏觀穩定性分析

根據節理裂隙的發育特征及分布狀態繪制了赤平投影圖，邊坡主要受一組層理和兩組節理三組結構面控制，節理2切割作用明顯，危巖體所在的邊坡傾向與巖層傾向相反，屬較穩定結構;節理1與節理2的交點位于邊坡投影弧的同側，說明邊坡傾向與組合線傾向相同，坡面傾角與相交線傾角相似，結構不穩定，在節理1、節理2相互作用切割破碎的巖體，易沿邊坡滑移、掉落，如圖1。

該邊坡穩定性破壞模式為：節理1順層發育，將巖體切割成板狀，在與坡面呈逆向發育的層理和節理2作用下，巖體破碎，在風化作用下裂隙逐漸進一步發育，當裂隙沿巖體貫通時，塊石掉落。

3.2 危巖穩定性的定量分析

根據赤平投影分析及現場調查測量，紅星村研究區所在坡體破壞模式主要為墜落式，局部傾倒式，針對墜落式破壞計算采用《工程地質手冊》（第四版）中推薦的計算模型進行分析，計算危巖體的穩定系數F，進行定量評價。墜落式危巖體計算模型如圖2。

3.3 危巖體發展變化趨勢

通過詳細的野外調查和分析，在研究區內危巖體數量、規模不大，邊坡局部分布孤石、浮石，由于坡體巖體受節理裂隙作用，并遭受到長期的風化作用，紅星村委會崩塌隱患點在順坡向發育的節理作用下，巖體順坡向呈中-厚板狀，在層理于多組節理共同作用下，坡面存在松動石塊，部分區域由于石塊掉落，部分巖體底部懸空，巖體狀態呈弱凹腔狀;紅星村委會西側研究區內，危巖體受節理共同作用，面層裂隙發育，節理斜穿巖體并遭受到長期的風化作用，巖體表面破碎，巖體坡度較陡，呈近直立狀，研究區西側有一危巖體后緣裂隙貫通，底部與母巖相連，巖體微向外傾斜。研究區內的危巖體的穩定性為穩定-欠穩定，在余震、風化、降雨和自重的綜合作用下巖體逐漸傾斜，當底部與母巖脫離時發生崩塌。

4 結語

（1）邊坡主要受一組層理和兩組節理三組結構面控制，節理2切割作用明顯，危巖體所在的邊坡傾向與巖層傾向相反，屬較穩定結構;（2）節理1與節理2的交點位于邊坡投影弧的同側，說明邊坡傾向與組合線傾向相同，坡面傾角與相交線傾角相似，結構不穩定;（3）在節理1、節理2相互作用切割破碎的巖體，易沿邊坡滑移、掉落主要以墜落式破壞方式為主，局部為傾倒式。（4）經危巖穩定性的定量分析，危巖體在自然工況下為欠穩定狀態，在暴雨、地震工況下為不穩定狀態。

參考文獻

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