八仙山巡護、科考線路地質災害特征及危險性評估

賈超，詹健，車路寬，劉禧超，肖飛

（天津市地質研究和海洋地質中心，天津 300170）

0 引言

八仙山國家級自然保護區位于天津市薊州境內，距薊州城東北30公里，東鄰金碧輝煌的清東陵，西接巍峨壯觀的黃崖關長城，南瀕碧波蕩漾的翡翠湖，北依雄奇險秀的霧靈山，屬于世界瀕危與國家保護的動、植物100余種，還生息、繁衍著華北其他地區已經稀少的物種。八仙山自然保護區是中國暖溫帶保存完好、結構完整的落葉闊葉林生態系統和暖溫帶植被類型的典型代表，是生物多樣性指數較高的地區和一些生物種質基因庫（叢明旸等，2013）。

八仙山具有較大的科學考察價值，經常會有周邊大學和科研團體來考察學習，是重要的研究學習基地。八仙山管理局每年定期對八仙山進行巡護工作，包括清危排險、道路養護、防火、育林邊坡防護等。為了保護巡護和科考人員生命財產安全，天津華北地質勘查局地質研究所針對保護區入口至駱駝脖子山山腳巡護、科考線路沿線進行了地質災害危險性評估（賈超等，2020①），依托本次評估工作，筆者對研究區進行了現場踏勘、調查，初步查明了地質災害點分布、規模及發生發育過程，分析了誘發地質災害的主要因素，對研究區進行了危險性分區，提出了地質災害的防治措施，為消除地質災害隱患和下一步深入治理提供依據。

1 地質環境條件

1.1 地形地貌

研究區位于薊州北部，地貌類型屬于構造剝蝕中低山丘陵區。研究區整體為黑水河溝，地形從聚仙峰山頂向南降低。最高點位于聚仙峰山頂，高程為1046.8 m，最低點位于八仙山售票處，高程為260.0 m，地面相對高差786.8 m，地形復雜，地面坡度以大于30°為主。此外，研究區及周邊發育溝谷、河谷、小型沖溝、陡崖等微地貌，地貌類型多樣（圖1）。

圖1 研究區三維圖

1.2 地層構造

八仙山位于薊州區北部山區，根據《中國區域地質志·天津志》（天津市地質環境監測總站，2017）介紹，八仙山區域上位于中朝準地臺燕山臺褶帶南緣，馬蘭峪復背斜的南西翼，構造形態相對復雜。出露的地層主要為太古宇角閃斜長片麻巖，元古界長城系常州溝組一段砂礫巖和二段石英砂巖、串嶺溝組一段頁巖及第四系沖洪積物（圖2）。

圖2 研究區地質圖（據《天津市地質環境圖集》（天津市地質礦產局，2004））

研究區地質資料豐富，天津市地質調查研究所在1990編寫的《天津薊縣黃崖關幅等1∶5萬區域地質調查報告》（田樹信，1990②）和天津市地質環境監測總站在2013年編寫的《天津市薊縣北部山區1∶5萬地質災害調查評價報告》（盧長軍等，2013③），對研究區地質條件作了詳細介紹。太古宇角閃斜長片麻巖（Argn）北西向條帶狀分布于評估區北端，片麻理走向近南北，略偏北西向，傾角一般大于80°，在表面上總體呈單斜層理的樣式，局部見小型褶皺。長城系常州溝組一段主要分布于研究區東北，為一套紫紅色、淺紅色礫巖、砂礫巖為主，夾含礫粗砂巖、石英砂巖，巖層傾向200°～210°，傾角30°～40°，角度不整合于太古宇角閃斜長片麻巖之上。長城系常州溝組二段主要分布于研究區西南，以灰白、白、淡紅色厚、中厚層石英砂巖為主，夾細礫巖、砂巖，巖層傾向210°～220°，傾角40°～50°，局部地段巖層產狀因斷裂或小型褶皺變化較大。長城系串嶺溝組一段分布于研究區北側，為一套暗灰綠、深灰、黑色粉砂質頁巖夾棕黃色砂巖，巖層傾向210°～230°，傾角30°～50°，與下伏常州溝組整合接觸。

研究區及附近斷層較發育（曹忠權等，1982；姬廣義等，2005），斷層產狀復雜，性質多樣、呈多期活動特點，按照主要成形期或活動期可分為早、晚兩個斷層群。研究區內主要為早期斷層群，主要受區域上東西向褶皺群影響，以近直立逆斷層為主，走向北西，傾角70°～85°。研究區西側黃崖關斷裂帶為晚期逆斷層群，與區域上南北向褶皺群相應，走向北北東，傾角60°～70°。

1.3 工程地質條件

研究區位于薊州最北部的構造侵蝕中低山區，出露的地層巖性為長城系常州溝組一段的紫紅、淺紫紅色礫巖、砂礫巖為主，夾含礫粗砂巖、石英砂巖，上覆第四系殘坡積碎石、砂土。工程地質層可分為中厚層堅硬石英砂巖中等風化巖組和松散巖類工程地質巖類。

1.3.1 中厚層堅硬石英砂巖中等風化巖組

巖性主要為長城系常州溝組一段砂礫巖和二段石英砂巖，巖層整體為傾向南西的單斜構造，結構穩定，巖石較堅硬，強度高，但由于地殼抬升及構造活動影響，局部形成陡崖峽谷地貌，巖石遭受風化剝蝕，強度有所降低，裂隙發育，透水性增加，為地質災害的形成創造了條件。

受北西向逆斷層影響，斷裂帶附近巖石破碎嚴重，節理、裂隙發育，強度低，易風化。風化后強度進一步降低，遇水易出現軟化、泥化作用，降低山體或邊坡穩定性，易發生較大規模的崩塌和滑坡。

1.3.2 松散巖類工程地質層

主要分布于坡度較小的溝谷處的殘坡積物，巖性較復雜，由顆粒較大的碎石土至顆粒較細粘性土均有分布，厚度一般30～80 cm。

1.4 水文地質條件

研究區內變質巖和砂礫巖、石英砂巖含水性質基本相同。基巖裂隙含水巖組主要巖性為石英巖狀砂巖、含礫砂巖、礫巖、斜長角閃片麻巖等。地表裂隙發育，深度一般10～30 m，含水不均，富水性差，局部斷裂構造發育構成小的富水區，單井涌水量小于500 m3/d，水化學類型為HCO3-Ca型，礦化度小于0.07～0.13 g/L（圖3）。

圖3 研究區區域水文地質圖（據《天津市地質環境圖集》（天津市地質礦產局，2004））

1.5 人類活動

八仙山作為天津市植被最為豐富，自然資源保持完好的保護區，歷史上吸引了大批國內外專家學者來此開展地質、植被等科考研究工作，為保證人員安全，保護區在人員考察沿途和遺跡局部點位做過道路修建，邊坡整治、災害治理等工作，但由于沿線地形復雜、巖石節理裂隙發育，巖層切割破碎部分地段比較嚴重，在極端天氣、地震等因素影響下，易出現崩塌、滑坡等地質災害。

2 地質災害類型與發育特征

2.1 地質災害類型

八仙山自然保護區位于薊州北部山區，屬地質災害易發區（張全等，2003④；傅炳海等，2004⑤），地形地貌類型為構造剝蝕低山丘陵區，區內相對高差786 m。出露的巖性主要為碎屑巖，褶皺、斷層發育，節理裂隙等較發育，巖石較破碎。地表植被發育，草木繁茂。通過對研究區地質環境條件分析，結合現場實地調查，研究區存在的主要地質災害災種為崩塌、滑坡。

2.1.1 崩塌

根據現場調查，研究區內現狀發育崩塌（危巖）地質災害，主要分布在工程線路劈坡一側以及局部突聳的高陡坡面，前者為修路人為挖坡形成，后者為構造、風化等形成的孤聳危巖及陡崖，二者在降水、融雪、樹木根劈、人為擾動等誘發因素下發生崩塌。

根據各危巖體節理和裂隙發育情況，巖石完整性等特征以及各結構面赤平投影對其進行定性分析，在此基礎上做出穩定性評價并預測穩定性發展趨勢，對邊坡進行穩定性分析評價，結論如下：自然狀態下節理發育不完全時巖體基本穩定，當三組主控節理貫通并與產狀相連通時切割體處于不穩定狀態而且此狀態并不受邊坡傾向影響，坡面與產狀順向時易形成牽引或傾倒式崩塌，坡面與產狀垂直時易產生傾倒式崩塌，坡面與產狀相反時易形成墜落式崩塌。

（1）由于坡面和產狀傾向相反，整體坡面穩定，但由于長期風化造成下部壓裂嚴重的坡面先風化，從而形成臨空面，當主控節理貫通坡面以后形成不穩定的切割體，當切割體遭受風化、雨雪作用、冷熱變化等沿節理破碎墜落，形成墜落式崩塌（圖4～5）。因此類地形易形成高陡邊坡，具有墜落高度高，落石能量大、沖擊強的特點。研究區內典型點位：入口橋頭、萬卷天書、一線天、駱駝峰、聚仙峰。

圖4 坡面和產狀傾向相反情況下落石示意圖

圖5 坡面和產狀傾向相反情況下穩定性分析圖

（2）由于坡面和產狀傾向正交，整體坡面穩定且抗剪能力極強，本次調查范圍內這類邊坡是整個保護區內相對穩定的，但不排除在個別負地形存在的部位由于雨雪作用、冷熱變化等沿節理破碎墜落，形成墜落式崩塌（圖6～7）。調查范圍內典型點位：研究區內北東向貼崖壁道路、天梯。

圖6 坡面和產狀正交情況下落石示意圖

（3）由于坡面和產狀傾向同向，在層間有軟弱夾層或有易溶于水的層間填充物存在時整體坡面不穩定，當主控節理貫通坡面并與產狀貫通后形成不穩定的切割體，當切割體遭受風化、雨雪作用、冷熱變化等產狀面滑落，形成滑坡或牽引式崩塌（圖8～9）。因此類地形在歷史上大多已滑塌，故目前這類地形高度相對較低，但一旦發生災害危害程度最大。調查范圍內典型點位：研究區入口東側、南北向道路東側。

2.1.2 滑坡

研究區為典型砂巖單斜構造，故地質災害的形成與地形坡型關系極大（李健雄等，2018；肖飛和殷明文，2020），從保護區入口—駱駝峰為典型的V形谷，滑坡地質災害易發區集中在評估區入口北側、南北向線路東側，此類坡面和產狀傾向同向，在層間有軟弱夾層或有易溶于水的層間填充物存在時整體坡面不穩定，當主控節理貫通坡面并與產狀貫通后形成不穩定的切割體，當切割體遭受風化、雨雪作用、冷熱變化等產狀面滑落，形成滑坡（圖8）。

圖7 坡面和產狀正交情況下穩定性分析圖

圖8 坡面和產狀傾向相同情況下落石示意圖

2.2 地質災害發育特征

2.2.1 突發性與緩變性地質災害并存、危害性大

崩塌、滑坡等災害一般具有突發性的特點（劉振輝，2014），多數發生在汛期特別是暴雨天氣，其發育強度、密度和頻率與降雨量呈正相關，防范較為困難。研究區兩側邊坡高差大，坡度陡，巖石節理、裂隙極其發育，巖體局部破碎嚴重，威脅過往行人及車輛安全。

2.2.2 災害發生時間及空間上具隨機性

地質災害的本質是地質體在各種因素作用下發生失穩、變形及運動形成致災體并作用于受災對象，從而造成災害的地質過程（楊予生等，2019）。由于致災體的變形破壞受控于多種不確定因素，因此決定了地質災害的發生具有隨機性的特點，為地質災害的防治工作增加了難度。。

3 地質災害危險性分區

在綜合分析各區地質災害危險性的基礎上，按照“區內相似、區際相異”的原則對相關的區段進行優化、合并，最終確定研究區地質災害綜合分區評估。

天津八仙山國家級自然保護區巡護、科考線路在1段、2段、3段、4段、5段、6段、7段、8段、11段、13段、14段地質災害危險性大，安全性差；在12段地質災害危險性中等，安全性基本安全；在9段、10段地質災害危險性小，安全性安全（圖10）。

圖9 坡面和產狀傾向相同情況下穩定性分析圖

4 防治措施

地質災害的防治應本著“以防為主，避讓與防治相結合”的原則，掌握時機，及早治理。針對地質災害的類型、特點、發育強度、危險程度，區別對待，因地制宜，因災設防。防治措施應符合可行性、合理性、經濟性的原則。

根據綜合評估結果，將評估區防治措施等級劃分為一般防治區（中低風險路段）和重點防治區（危險性大路段）。

4.1 一般防治區防治建議

一般防治區地質災害防治應以預防為主，嚴禁進行挖方、填方作業，避免形成新的地質災害隱患，引發或加劇現已存在的崩塌地質災害。

嚴禁順向切坡。施工期間，采取合理、科學的措施避免產生過大機械振動，從而引發或加劇現有崩塌地質災害，造成不必要的人員傷亡和財產損失，施工中應嚴格做好施工檢驗工作。

加強排水工程，設置合理的排水系統防止水流下滲，同時防止地表水對坡腳沖刷。

對于崩塌體體積較小，僅在雨后才有墜石、剝落和小型崩塌的地段，可在坡腳或半坡上設置攔截構筑物。如設置落石平臺和落石槽以停積崩塌物質，修建擋石墻以攔墜石。

4.2 重點防治區防治建議

重點防治區不僅要實施一般防治區的防治措施，還要采取以下手段。

對已存在的崩塌體，應做好警示標志，必要時清理表層的危巖和險石，設立圍擋設施進行防范。

對地質災害危險性大區的邊坡，應聘請符合相應等級的地質災害勘查、設計、施工資質要求的單位和專業人員依據不同的邊坡類型有針對性地做好邊坡穩定性論證和邊坡防護設計、排水工作，以保證該區域內人員的安全。

邊坡治理工程施工期間及治理完成后，應加強地質災害監測，借助地質災害測量儀器以及人為定期巡查，對重點線路的邊坡（危險性大路段）及有碎石堆積分布的長期進行重點監測。

注 釋

①賈超,詹健,車路寬.2020.天津八仙山國家級自然保護區巡護、科考線路地質災害危險性評估報告[R].天津華北地質勘查局地質研究所.

② 田樹信.1990.天津薊縣黃崖關幅等1∶5萬區域地質調查報告[R].天津市地質調查研究所.

③盧長軍,王鳳山,盧煜文,張洪來,鄭武利,等.2013.天津市薊縣北部山區1∶5萬地質災害調查評價報告[R].天津市地質環境監測總站.

④ 張全,周志勇,文秀明,李學寧.2003.天津市薊縣地質災害調查與區劃報告[R].天津市地質環境監測總站.

⑤ 傅炳海,解承祥,牛修俊.2004.天津市地質災害防治規劃（2004年—2020年）[R].天津市地質環境監測總站.