東江口崩塌災害特征及穩定性評價

劉曉曉

摘? 要：東江口崩塌危巖帶位于北京市房山區北部，地貌類型為中低山區，主要組成物質為強風化玄武巖，平面呈不規則帶狀，總體積約6300m3。危巖帶變形主要受裂隙及優勢結構面發育的控制，為小型-滑移式崩塌。危巖帶東側受裂縫L1-L3切割制，形成體積為300m3的危巖單體，失穩方向為60°;西側主要受裂縫L4-L5以及優勢結構面控制，失穩方向為307°。采用赤平投影與定量計算的方法評價危巖帶穩定性，評價結果：在天然工況下，危巖體東側及中、西側均處于基本穩定狀態;在降水等不利工況條件下，危巖帶東側處于不穩定狀態，中、西側處于欠穩定狀態。影響東江口危巖帶穩定性的主要因素為人類工程活動與降水。

關鍵詞：滑移式崩塌;變形破壞機理;穩定性評價

中圖分類號：P642.21? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ?文章編號：1007-1903（2019）02-0054-07

Abstract： Collapse in Dongjiangkou is located in the north of Fangshan District. Its landform type is medium and low mountainous area， which is composed of strong weathered basalt with irregular strips， the total volume of about 6300m3. Dangerous rock deformation is mainly controlled by the development of fissures and dominant structural planes， belonging to small-slip collapse. The eastern side of the dangerous rock belt is cut by the cracks L1 to L3， to form a dangerous rock monomer with a volume of 300m3， the instability direction at 60°; the middle and western sides of the dangerous rock belt are controlled by the cracks L4 to L5， the instability direction at 307°. The paper studies the mechanism of collapse and deformation， and the stability of the dangerous rock belt， by the method of red plane projection and quantitative calculation. After evaluating the stability， it concludes that， in natural conditions， the dangerous rock mass are basically in a stable state; under adverse operating conditions such as precipitation， the eastern side of the dangerous rock belt is unstable; the middle and western sides of the dangerous rock belt are in an unstable state. The main factors affecting the stability of dangerous rock belts in Dongjiangkou are human engineering activities and precipitation.

Keywords： Sliding collapse; Deformation and failure mechanism; Stability evaluation

0 前言

崩塌是北京山區常見且主要突發地質災害之一（北京市地質研究所，2014）。據統計2004—2015年期間，北京地區共發生崩塌災害109次，占突發地質災害總數的80%，發生頻率9次/年，發生數量及頻次遠大于其他突發地質災害（任開珍等，2017）。根據北京市規劃與自然資源委員會統計，截至2018年5月，北京市共存在突發地質災害隱患4964處，其中崩塌隱患2560處，占突發地質災害總數的51%以上（北京市規劃與自然資源委員會，2019）。

東江口崩塌位于房山區東江溝口南側山坡處，平面上呈不規則帶狀。崩塌危巖帶兩側及后緣以出現變形跡象的邊界為界線，前緣以坡體發育臨空面為界，崩塌危巖帶長度約100m，總面積約1130m2。危巖隱患帶前緣最低高程700.4m，后緣最高高程727.6m，相對最大高差27.2m，整體坡向307°，平均坡度約40°～50°，臨空面處局部反傾。2016年汛期時，該危巖帶發生崩塌災害，體積約100m3，損毀部分村道，造成道路中斷。

1 地質環境條件

1.1 地形地貌

研究區位于房山區東北部山區，地貌類型為低中山區，地形起伏較大，溝谷較發育，切割較深，地勢總體上東南高西北低。海拔高度一般為673～752m，相對高差約79m，最高點位于項目區東南側的山頂，最低點位于道路西北側溝底。山坡坡度一般30°～ 60°（照片1）。

1.2 地質構造

研究區內主要出露的地層為第四系殘坡積堆積體（Qhdl+el）、第四系崩坡積堆積物（Qhcol）、第四系人工雜填堆積體（Qhml）、二疊系—石炭系山西組（CPs）、玄武巖體（β）。

第四系殘坡積堆積體（Qhdl+el）：分布于崩塌危巖帶上部自然坡體表層，主要組成物質為土夾塊石，結構較為松散，厚度約0.5～1.5m，塊石礫徑一般0.2～0.6m，呈棱角—次棱角狀。

第四系崩坡積堆積物（Qhcol）：分布于坡體下方及東側坡體區域。主要組成物質為強風化玄武巖，結構松散，厚度0.5～1m，塊石礫徑一般0.2～0.5m，呈棱角狀，大部分崩塌堆積體已在崩塌發生后進行清運，現場只存在少量堆積體于邊坡坡腳處。

第四系人工雜填堆積體（Qhml）：分布于東側堆土場處。主要組成物質為人工堆棄的煤矸石，因堆積年代較長，其密實程度較好，占地約240m2，厚度變化較大。據現場調查情況，近年汛期時，該礦渣堆積體均未發生變形，其穩定性較好。

二疊系—石炭系山西組（CPs）：分布于周邊及北側區域，巖性為砂巖，產狀一般20°∠15°，夾煤層，風化程度較嚴重。

玄武巖體（β）：為崩塌危巖帶發育的主要巖性，塊狀構造，黃褐色，表層風化較為嚴重，節理裂隙較發育，表層巖體較為破碎。在降雨、地震等不利工況下時有小規模的崩塌發生。

研究區及周邊地區構造發育較少，僅距離項目區西北側較遠位置發育一正斷層，距項目區位置大于2km，斷層走向呈北東-南西向，對研究區影響較小（圖1）。

1.3 人類工程活動

研究區內主要人類工程活動為道路建設、村莊建設、礦山開采等。

道路建設：為對研究區危巖帶穩定性影響最大的人類工程活動，在自然坡體下方切坡修路。且切坡方式未充分考慮對巖體影響，前緣形成高陡臨空面，是造成崩塌危巖帶的直接原因（錢璞等，2014）。

村莊建設：位于項目區北側，主要為當地村民自行修建民房等活動，對項目區危巖帶穩定性影響較小。

礦山開采：該區曾有大量煤礦進行礦業活動，大型國礦及小煤窯都曾進行過開采，2008年后當地煤礦陸續關停。

2 崩塌特征

2.1 崩塌發育特征

東江口崩塌危巖帶長度約100m，寬度7～12m，面積約1130m2，坡向307°，其兩側及后緣以發現拉張、出現滑塌處等變形跡象界線為邊界，前緣以臨空面發育處為界，其主要分布高程為700.4～727.7m，最大相對高差為27.2m。坡度一般40°～ 50°（照片2）。

據現場調查，崩塌危巖帶主要受節理、裂隙切割及后緣發育裂縫控制。危巖帶一般厚度5～10m，平均厚度在7m左右，預計崩塌危巖帶整體方量在6300m3。受節理裂隙與發育裂縫切割所形成的最大危巖體位于崩塌危巖帶的東側，單體方量約300m3，規模為小型。

危巖帶空間上可分為已發生滑塌區、東側最大塊危巖單體區以及危巖帶中、西側區。東江口崩塌屬于滑移面主要受剪切力控制的小型-滑移式崩塌。

2016年汛期時，受連續降水的影響，崩塌危巖帶東側受節理、裂隙切割且風化嚴重的巖體發生小規模滑塌，滑塌區寬度9m，最大長度24m，滑塌方向與危巖帶坡向相同，均為307°。其物質組成主要為危巖帶表層風化嚴重的基巖與少量的坡體殘坡積、崩坡積堆積體。滑塌體沿優勢節理面發生變形，滑塌體總方量約100m3。

滑塌體在發生滑塌前，其后緣應存在一條拉張裂縫，持續降水沿裂縫入滲至巖體，并形成了沖刷痕跡。隨著降水的不斷滲入，使得巖體容重增加，抗剪強度降低;且冬季時入滲的降水凍結成冰，體積增加形成冰劈作用。再加之巖體自身風化強烈，發育有外傾結構面。當巖體抗滑力小于下滑力時，巖體沿著發育的外傾結構面發生滑塌變形（張國林等，2018）。在滑塌過程中，巖體因自身強度低，進而發生解體，堆積至坡腳處。

2.2 變形破壞機理

東江口崩塌是典型的受發育結構面控制的危巖帶。危巖帶受不同結構面切割的影響，最終沿著優勢結構面發生失穩變形，形成滑移式崩塌。

根據現場調查情況分析，危巖帶主要發育5組對危巖帶穩定性影響較大的裂縫，記做L1-L5;此外，危巖帶發育有1組外傾結構面（記做J1），對危巖帶穩定性也存在較大影響（照片3）。裂縫L1-L5基本情況見表1。

外傾結構面（J1），結構面產狀為307°∠65°～75°，節理發育密度為1條/m，最大張開寬度為10cm。

危巖帶主要組成物質為玄武巖，依據經驗及研究區周邊工程經驗，其破裂角為（45°+φ/2）70°，與巖體發育的外傾結構面產狀基本相同。

危巖帶東側破壞模式主要受裂縫L1、L2、L3的控制。受裂縫L1、L2、L3切割，危巖帶東側可形成體積為300m3的危巖單體。再加以降水入滲，造成巖體抗剪強度降低、水壓力增大，危巖體將沿裂縫發育方向，向已發生滑塌區域發生滑移式變形，形成滑移式崩塌，主要失穩方向為60°（圖2）。

危巖帶中部及西部破壞模式主要受裂縫L4、L5及巖體發育的外傾結構面的控制。危巖體后緣的L4、L5為拉張裂縫，在其控制下危巖帶后緣會發生拉張變形，隨著裂縫的進一步發育，降水沿裂縫入滲至巖體內部，使得巖體抗剪強度降低，進而沿著外傾結構面發生滑移式變形，形成滑移式崩塌體，主要失穩方向與坡面方向相同，為307°（圖3）。

2.3 主要影響因素

崩塌的影響因素大體包含了內因和外因，內因體現了崩塌潛在的不穩定，而外因具有促進作用，使潛在的不穩定逐漸惡化，最終導致崩塌災害的形成（湯廉超，2017）。東江口崩塌的內因主要包括地形地貌、地層巖性、坡體結構等;外因即誘發因素主要包括降水、人類工程活動等（劉衛華，2008;陳洪凱等，2009）。

（1）地形地貌

崩塌危巖帶位于自然山坡下部靠近坡腳處，且臨空面發育。臨空面一般坡度在70°～85°。坡體最大相對高差達27.3m。高陡邊坡的發育，容易產生崩塌。

（2）地層巖性

崩塌危巖帶發育的巖性主要為玄武巖。且基巖節理裂隙較為發育，巖體表層風化嚴重。風化嚴重的基巖受優勢結構面的控制，尤其是與坡面平行及大角度相交的結構面的控制下，發生崩塌災害的可能性大。

（3）坡體結構

據現場調查，坡體發育有5條主要裂縫，與1組外傾結構面。危巖帶變形破壞方式受結構面與裂縫的控制。在后緣裂縫發育到一定程度時，巖體抗滑力小于下滑力，危巖帶將沿外傾結構面發生滑移式崩塌。

（4）不利工況

研究區內不利工況的影響主要為降雨。受降水沖刷的影響，危巖帶巖土體容重加大，抗剪強度減小。同時降水還將匯集于危巖帶后緣拉張裂縫中，產生水壓力與沿滑面方向的揚壓力，是發生崩塌災害的主要原因。

（5）人類工程活動

區內影響崩塌危巖帶穩定性的主要人類工程活動為修路切坡。在修建道路時，并未完全考慮坡體穩定性，以不合理的方式開挖坡腳，形成高陡臨空面或反傾的臨空面。巖體在前緣卸荷后，后緣必定沿著結構面發育的位置出現拉張裂縫，產生應力集中區，誘發崩塌災害的發生。因此，人類工程活動是發生崩塌災害的直接原因（王根龍等，2013）。

3 崩塌穩定性評價及發展趨勢

3.1 穩定性宏觀判斷

東江口危巖帶東側在2016年汛期時受降水不利工況的影響，發生了小規模的滑塌。目前，坡體東側受裂縫L1、L2、L3切割，形成了單塊巖體方量為300m3。據現場調查，裂縫L1、L2、L3已發生了明顯的變形，且變形量較大，再受到降水工況的影響，巖體沿裂縫發育方向發生滑移式崩塌災害的可能性較大。故初步判斷危巖帶東側單塊危巖體在天然工況下處于基本穩定狀態，在降水工況下處于欠穩定—不穩定狀態，主要失穩方向為60°。

危巖帶中西部后緣已形成了較為發育的后緣裂縫，且有外傾結構面的存在，雖目前未發生崩塌災害，但若持續受降水工況的影響，坡體中部及西部將發生類似于坡體東側的沿外傾結構面的滑塌變形。但鑒于坡體中西部坡度較東側較緩，因此判斷坡體西側及中側穩定性較東側為好。天然狀態下處于穩定狀態，降水不利工況下處于欠穩定狀態，主要失穩方向為307°

3.2 穩定性分析及評價

參照《工程地質手冊》《北京市地質災害治理項目實施技術指南》（2015）及周邊已有工程經驗，東江口崩塌治理區巖土物理力學性質參數詳見表2。

（1）持平投影分析

危巖帶東側單塊危巖體定性分析：根據現場調查結果，危巖帶東側單塊危巖體主要發育有3組主要裂縫：L1：61°∠50°，L2：65°∠65°，L3：66°∠72°。赤平投影分析結果見表3、圖4。

危巖帶中西側定性分析：據現場調查，危巖帶中側主要發育有兩組后緣裂縫與一組外傾結構面;裂縫L4：320°∠75°，裂縫L5：320°∠70°，外傾結構面J1：307°∠65°，赤平投影分析結果見表3、圖5。

（2）穩定性評價

穩定性評價的依據為《滑坡工程勘察規范》（GB/T32864-2016）和《北京市地質災害治理項目實施技術指南》（2015）。

根據現場調查分析，東江口危巖帶屬于受優勢結構面控制的危巖帶，其主要變形失穩模式為沿優勢結構面發育的方向發生滑移式崩塌。選取天然、暴雨、地震3種不同工況計算評價危巖帶穩定性。

危巖帶東側單塊危巖體主要失穩模式為受裂縫L1、L2、L3控住，沿其發育方向發生滑移式崩塌，主要失穩方向為60°;危巖帶中、西側坡體主要失穩模式為沿裂縫L4、L5與外傾結構面（J1）交匯處發生滑移式崩塌，主要失穩方向為307°。故應針對危巖帶東側單塊危巖體與危巖帶中、西側坡體不同的變形破壞模式分別進行穩定性評價。

依據東江口崩塌的變形破壞機理，穩定性計算模型采用滑移式崩塌模型，其變形破壞模式見圖6（葉萬軍等，2014）。東江溝口崩塌危巖帶穩定性計算結果見表4。

（3）穩定性綜合評價

1）危巖帶東側單塊危巖體

經穩定性計算，東江口崩塌危巖帶東側單塊危巖體在天然工況下穩定系數為1.21，處于基本穩定狀態;在降水工況下穩定系數為0.99，處于不穩定狀態;在地震工況下穩定系數為1.03，處于欠穩定狀態。

在天然狀態下，東側單塊危巖體未見有明顯的變形趨勢，但受裂縫L1-L3切割影響，其穩定性并不能達到穩定狀態。在降水工況下，坡體東側已發生滑塌，且裂縫L1-L3將進一步發育，降水入滲也將造成坡體容重增加、強度降低、并產生揚壓力與水壓力。危巖體將產生滑移變形，處于不穩定狀態。計算結果與實際調查結果相符合。

2）危巖帶中、西側坡體

經穩定性計算，金雞臺村東江溝口崩塌危巖帶中側坡體在天然工況下穩定系數為1.29，處于基本穩定狀態;在降水工況下穩定系數為1.04，處于欠穩定狀態;在地震工況下穩定系數為1.03，處于欠穩定狀態。

在天然狀態下，危巖帶中、西側未見有明顯的變形趨勢，但受裂縫L4、L5及外傾結構面切割影響，其穩定性并不能達到穩定狀態。在降水工況下，危巖帶中、西側后緣裂縫有明顯變化趨勢，坡體存在變形跡象，但其危巖帶整體尚未發生整體滑移變形，處于欠穩定狀態。計算結果與實際調查結果相符合。

3.3 發展趨勢預測

從危巖帶的穩定性分析結果看，東江口危巖帶在降水等不利工況下穩定性較差。其經長期的風化侵蝕，同時受降雨形成裂隙水壓力及植物根劈作用，巖體結構面的力學性能將下降，裂隙逐漸擴張，危巖的穩定性將逐漸降低，最終會發生不同規模的變形、失穩和破壞。隨著危巖帶破壞作用的進行，危巖帶坡體內裂隙逐漸發育，加之受降水的影響，危巖帶的穩定性將逐漸下降。從危巖帶的變形破壞模式來看，危巖帶破壞方式以滑移式為主。其主要危害對象為崩塌危巖帶下方的金雞臺村村道，影響范圍約100m。

4 結論

（1）東江口崩塌危巖帶面積約1130m2，危巖帶總體積約6300m3，其危巖帶東側最大單塊危巖體方量約300m3。危巖帶主要組成物質為風化嚴重且受節理裂隙切割的玄武巖。

（2）危巖帶東側單塊危巖體穩定性主要受裂縫L1、L2、L3的控制，主要失穩方向為60°;危巖帶中西部穩定性主要受裂縫L4、L5及發育的優勢結構面J1的控制，主要失穩方向為307°。

（3）誘發坡體發生崩塌的因素主要有兩方面：人類工程活動在該處活動較為強烈，主要表現為修路切坡對坡體的自身擾動較大;受降水等不利條件的影響，雨水直接沖刷坡面，造成受節理切割的強風化基巖出現崩塌。

（4）依據穩定性分析評價結果：危巖帶東側單塊危巖在天然工況下處于基本穩定狀態。在降雨等不利工況下處于不穩定狀態，形成滑移型崩塌的可能性較大。危巖帶中、西側在自然工況下邊坡穩定性較好，坡體處于基本穩定狀態，在降水等不利工況下處于欠穩定狀態，在不利工況下發生崩塌災害的可能性較大。

（5）東江口崩塌主要威脅對象為危巖帶下方的村道，影響范圍約100m。

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