北京北宮鎮大灰廠路牽引式巖質滑坡勘查及防治對策

收稿日期：2023-11-01；修回日期：2023-12-10

作者簡介：李曉瑋（1985- ），男，碩士，高級工程師，主要從事地質災害防治等方面工作。E-mail： 51350737@qq.com

引用格式：李曉瑋，2024.北京北宮鎮大灰廠路牽引式巖質滑坡勘查及防治對策［J］.城市地質，19（2）：139-148

摘 要：大灰廠滑坡位于北京西山地區。現場采用調查、槽探、鉆探、巖土測試等方法勘察確定了大灰廠路滑坡的特征，滑坡范圍包括1個主滑坡和1個伴生滑坡，主滑坡平面形態呈倒“V”型，伴生滑坡平面形態呈“圈椅”狀。滑坡總面積2 322 m2，總方量約4 644 m3，規模為小型。滑動面為沿著滑體下伏頁巖層面形成的平面。總體來看，大灰廠路滑坡是沿坡體基巖面順層滑動的小型牽引式淺層巖質滑坡。對該滑坡3種工況的穩定性分析表明：在天然工況和地震工況下，滑坡處于穩定狀態；而在持續降雨工況下的滑坡則會發生失穩破壞。治理工程采用了“清理滑塌堆積體+截排水溝+錨桿格構梁+重力式擋墻”的綜合治理方案。

關鍵詞：公路滑坡；巖質邊坡；滑坡勘查；滑坡治理

Exploration and prevention measures of traction type rock landslide on Dahuichang Road in Beigong Town， Beijing

LI Xiaowei

（Beijing Institute of Geology， Beijing 100120， China）

Abstract： Dahuichang landslide site is located in the Xishan area of Beijing. The characteristics of the Dahuichang Road landslide were determined through on-site investigation， trenching， drilling， and geotechnical testing. The landslide range includes one main landslide and one associated landslide. The main landslide has an inverted V-shaped plane shape， and the associated sliding slope has a circular chair shaped plane shape. Its scale is small with a total area of 2，322 square meters and a total volume of approximately 4，644 cubic meters. The sliding surface is a plane formed along the underlying shale layer of the sliding body. Overall， the Dahuichang Road landslide is a small traction type shallow rock landslide that slides along the bedrock surface of the slope. The stability analysis of the landslide under three working conditions shows that the landslide is in a stable state under natural and seismic conditions. Landslides under continuous rainfall conditions may experience instability and damage. The treatment project adopted a comprehensive treatment plan of "cleaning the landslide accumulation body + Intercepting and drainage ditch + anchor rod lattice beam + gravity retaining wall".

Keywords： highway landslide; rocky slope; landslide survey; landslide control

滑坡是在重力和其他地質營力作用導致的斜坡地質體沿地質弱面向坡下坡外滑動的一種動力地質作用過程（趙忠海，2020）。作為對人類社會生命財產安全威脅嚴重的地質災害之一，滑坡常常不易發現、難以預防。隨著國民經濟的快速發展和城鎮化進程的加快，公路建設也在迅猛發展（齊洪亮等，2015）。在山區修建的公路不可避免地形成大量的開挖邊坡，公路開挖施工擾動，大大降低了原來山體的自然穩定性，從而發生滑坡災害的危險性不容忽視（王海芝等，2022）。本文在對北京市北宮鎮大灰廠路滑坡詳細勘查的基礎上，研究了大灰廠路滑坡的變形特征與破壞機制，從而對滑坡開展具有針對性的治理工作。

1? 地質背景

北京市北宮鎮大灰廠路滑坡位于豐臺區北宮國家森林公園西北側的大灰廠路西側，距離北宮鎮約9.6 km。

北京市豐臺區屬低山地貌區，高程100～300 m，氣候屬典型的暖溫帶半濕潤季風型大陸性氣候，豐臺區內河流分屬永定河、北運河和大清河水系。該區年平均降水量為563.1 mm。近年來極端天氣頻發，氣候多變，降雨更加集中且短暫。2021年7月3日0時—7時，滑坡所在地區最大累計降雨量達110.7 mm，最大雨強達到23.5 mm·（5 min）-1，為近年來最大降雨量。

滑坡所在區域處于華北地臺燕山臺褶帶西山坳褶的東部邊緣地段及北京迭斷陷的坨里-豐臺迭凹陷西部地段，主要出露地層有薊縣系、奧陶系、石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系、白堊系、古近系、新近系和第四系，地層巖性主要有噴出巖、碳酸鹽巖、碎屑巖三類。區域上存在2條大型斷裂構造，分別為八寶山斷裂、黃莊-高麗營斷裂。勘查區抗震設防烈度為Ⅷ度，地震動峰值加速度為0.2 g，場地特征周期為0.4 s。

滑坡所在區域地下水以碳酸鹽巖巖溶裂隙水、碎屑巖裂隙水為主，未發現地下水及井泉水出露點，巖體組主要有噴出巖巖性組、碳酸鹽巖性組、碎屑巖巖性組3類。

人類工程活動主要為采礦、道路建設，對山體斜坡穩定性影響較大。

2? 滑坡特征

2.1? 滑坡范圍、規模及形態

大灰廠滑坡所在邊坡整體坡向90°，坡寬150 m。地勢西高東低，坡頂高程為242 m，坡底高程為207 m，整體坡高35 m。坡體下部由于修路形成的人工邊坡坡高3 m，坡度60°；中部滑坡段邊坡坡高25 m，坡度35°；上部自然邊坡坡高7 m，坡度25°。山體巖性為石炭—二疊系山西組頁巖，風化嚴重，其上第四系覆蓋層厚度約50 cm。大灰廠路滑坡工程地質平面圖見圖1。

2.2? 滑體巖性組成

大灰廠路滑坡體巖性可分為3層，由上至下分別為耕質土、碎石土、頁巖層。滑體中不同巖性層沿坡體從上至下呈不均勻分布。

耕質土：厚度為0.3 m，其主要由灰黑色黏土、碎石組成，植物根系較發育，腐殖質含量較高，稍濕、松散，呈塑性。碎石塊徑0.5～10 cm，含量10%，分選較好，磨圓度較差。

碎石土：呈灰褐色，厚度為0.7 m，其主要物質為黏土、礫石；結構松散、較濕、不可塑。碎石母巖主要為強風化頁巖，碎石含量比上層耕質土相對較高，約30%，呈棱角狀，礫石粒徑2～30 cm，分選性較差，磨圓度差。碎石空隙由細粒土填充，細粒土主要為粉質黏土，可塑。

頁巖層：厚度為2 m，灰白色。水平紋層狀構造，泥質或炭質膠結，裂隙散體結構，風化強烈，碎屑成分主要為泥質、黏土礦物組成，具有薄頁狀層理，抗風化能力差，遇水易軟化。

據探槽揭露，坡體北側碎石土厚約2 m，滑坡處碎石土厚約80 cm，下部頁巖巖體結構較為破碎，節理發育、卸荷裂隙發育，層狀結構、塊狀構造。

2.3? 滑床及滑動面特征

大灰廠路滑坡滑床為下伏基巖，地層巖性為石炭系山西組頁巖。巖層為中厚層，層狀結構，為較軟巖，遇水易軟化，滑床表面見擦痕。

地面工程、地質測繪及探槽揭露表明，主滑坡后緣及中部的滑動面位于上覆第四系覆蓋物與基巖接觸界面，滑體前緣沿開挖后的坡腳從頁巖中剪出。據此可以推斷，大灰廠路滑坡的形成是由于公路施工開挖導致坡體失穩，首先由坡腳沿頁巖軟弱層面發生滑移，坡體滑動順層向上發展，逐步形成滑動面，相交于滑坡后緣。所以，主滑坡的滑動面為沿著滑體下伏頁巖層面形成的平面。

2.4? 滑動帶特征

滑動帶巖性為頁巖，水平紋層狀構造，泥質或炭質膠結，裂隙散體結構，風化強烈，碎屑成分主要為泥質、黏土礦物組成，具有薄頁狀層理，抗風化能力差，遇水軟化，強度低，易變形。據探槽展示，由于上覆滑體滑動對滑床頁巖的擠壓，使得滑床頂部滑動帶層頁巖發生一定的擠密。

2.5? 滑坡變形破壞特征

大灰廠路邊坡在修路切坡后出現變形跡象，由于坡腳擾動，坡體下部沿頁巖軟弱層面發生變形，進而下部發生滑塌，上部坡體失去支撐而變形滑動，在滑床頂部滑動帶層頁巖發生一定的擠密，使滑動面拋光形成較為光滑的鏡面，并伴隨滑動面上出現順坡向的擦痕，以及與擦痕大體垂直的階步。滑帶土為頁巖碎屑，黏粒含量高，強度低，揉皺嚴重。

大灰廠路滑坡分為1個主滑坡和1個伴生滑坡，主滑坡北側側緣發育兩組剪切裂縫，可見不平整的滑坡側壁。滑坡體后緣基巖出露，主滑坡坡體中部部分區段已經沿頁巖的巖層產狀發生滑塌，滑塌體堆積于坡腳。伴生滑坡后緣存在張拉裂縫，張拉裂縫在北側盡頭與主滑坡南側側緣的中部垂直相交。

由于山體滑坡使地表土下陷，在靠近滑體后緣位置土層表面生長的樹木隨著土層移動而發生傾倒，樹木傾倒方向與滑坡體滑動方向基本一致。總體來看，大灰廠路滑坡屬于修路時開挖坡腳卸荷后引發的順向牽引式巖質滑坡，

2.6? 主要影響因素

據調查，由于修路切坡，大灰廠路滑坡在修路期間曾出現過變形破壞跡象，滑坡體崩坡積堆積物及部分頁巖發生過滑塌，滑塌方量330 m3。目前滑坡后緣及側緣存在明顯的裂縫，南側產生1個伴生滑坡。初步判定該滑坡處于欠穩定狀態。

大灰廠路滑坡屬于小型牽引式巖質滑坡，在暴雨等不利工況條件下可能會發生進一步變形破壞（孫長明等，2020）。影響當前滑坡體穩定性的因素主要有以下3個方面：1）順坡向結構。滑坡區為坡向與巖層產狀順向且巖層傾角小于坡角，坡體前緣具切坡臨空面，這樣的坡體結構是最容易發生邊坡失穩的地質結構（俸錦福等，2009）；2）降雨。勘查區雨季雨量充沛，持續時間較長，尤其此區域2021年年降雨量1 245.3 mm，2021年7月3日0時—7時，豐臺區北宮鎮附近最大累計降雨量達110.7 mm，最大雨強達到23.5 mm·（5 min）-1，為近年來最大降雨量。雨水入滲使斜坡土層潮濕軟化，致使斜坡巖土體抗剪強度降低，靜水壓力、動水壓力增大，是激發滑坡的主要因素（林孝松等，2001）；3）坡體前緣切片臨空。由于修路開挖坡腳使得滑體前緣開挖形成臨空面，應力卸荷，坡體前部支撐力降低，極易形成牽引式滑坡（羅守敬等，2021）。

2.7? 滑坡變形破壞機制

通過調查分析可知，大灰廠路滑坡為坡腳開挖卸荷引發的表層小型牽引式順層滑坡，滑動面為頁巖層面。主滑坡坡體中部部分區段已經沿頁巖的地層產狀發生滑塌，滑塌總方量約330 m3。滑坡體坡腳處因修路開挖形成了傾角超過40°陡立臨空面，坡體前部支撐力降低。加之近年來降水頻繁，降水沿坡面形成徑流沖刷坡面，并滲入巖土體內部，致使頁巖層面強度顯著降低，從而誘發了大灰廠路滑坡的形成。

3? 滑坡推力計算及穩定性評價

3.1? 滑坡穩定性計算工況

根據北宮鎮大灰廠路滑坡的滑坡機制和滑動面形態，采用平面滑動法計算滑坡穩定系數（夏相驊等，2021；周立等，2020；宋德東等，2022）。考慮天然、持續降雨以及地震3種工況下的滑坡穩定性（郭英，2023），選取剖面1-1對這3種工況的滑坡推力進行計算（圖3）。滑坡工況及荷載組合，見表1。

剖面1-1?所示滑坡體在鉛垂面上的截面積A=71.68 m2，滑動面長度l=54.2 m。

3.2? 巖土力學參數確定

依據DB11/T 1524－2018《地質災害治理工程實施技術規范》、GB/T 32864－2016《滑坡防治工程勘查規范》《工程地質手冊》并參考試驗數據，綜合確定北宮鎮大灰廠滑坡巖土體力學參數取值，見表2。

3.3? 穩定性分析

1）計算模型

北宮鎮大灰廠路滑坡推測潛在的滑動面為開挖后的坡腳沿頁巖地層產狀相交于滑坡后緣，滑坡體沿頁巖結構面95°∠30°發生破壞，滑面的形態均為直線型，從而可以按平面滑動滑坡模型進行滑坡穩定性分析。

平面滑動滑坡穩定性分析模型如圖4所示。圖中標注的各項參數說明如下：H為坡高（m）；α為坡角（°）；A為滑體在剖面中的面積（m2），單寬體積V=1×A=A（m3）；W為滑體單寬（垂直于剖面方向的單位寬度）自重（kN），天然狀態自重 W = γ V，飽和狀態自重 Wsat = γsatV；z，滑體后緣垂直裂縫深度（m）；zw為滑體后緣垂直裂縫中的充水高度（m）；β為滑動面傾角（°）；l為滑動面長度（m）；v為滑體后緣裂縫（單位寬度上）受到的靜水壓力合力（kN），v =γw z w 2 / 2（γw為水的重度，取值10 kN·m-3）；u為單位寬度滑動面受到的靜水壓力合力（kN），u = γ w z w l /2。

2）穩定性計算分析

滑坡穩定性分析首先要計算出不同工況滑體的穩定性系數K，然后，根據穩定性系數K的取值，對滑坡穩定性作出判斷。

①穩定性系數K

滑體穩定性系數 K為滑體受到的抗滑力R與下滑力F的比值，即，

K=R/F??? （1）

按圖4所示模型，單寬滑體受到的抗滑力R和下滑力F分別為：

R = （γ V cosβ - u - v sinβ ） tanφ+cl?? （2）

F = γ V sinβ+v cosβ????? （3）

把式（2）、式（3）代入式（1）得：

（4）

式（2）—（4）中的滑體重度 γ 、滑動面黏聚力c和摩擦角 φ 為天然工況參數；當滑體處在持續降雨工況時，這3個參數換成滑體飽和重度γsat、滑動面飽和黏聚力c?和飽和摩擦角 φ?。

②天然工況

滑體平均天然容重γ 為21 kN·m-3，單寬滑體體積V為71.68 m3，滑動面傾角β為30°，滑動面（頁巖結構面）黏聚力c為12 kPa，摩擦角φ為18°。天然狀態裂隙無充水，所以v =0，u=0。將這些參數值代入式（4）得：

③持續降雨工況

滑體平均飽和容重γsat為22 kN·m-3，單寬滑體體積V為71.68 m3，滑動面傾角β為30°，后緣裂縫深z為2 m，滑動面飽和黏聚力c ?為10 kPa，飽和摩擦角φ ?為16°。設后緣裂隙充滿水，則u=γ w zw l / 2= 10×2×54.2/2=542 kN，v =γw z w 2 / 2=10 × 22/2=20 kN。把這些參數值代入式（4）得：

④地震工況

滑體平均天然容重γ 為21 kN·m-3，單寬滑體體積V為71.68 m3，滑動面傾角β 為30°，滑動面黏聚力c為12?kPa，摩擦角φ為18°。天然狀態裂隙無充水，所以v =0，u =0。勘查區抗震設防烈度為Ⅷ度，地震動峰值加速度為0.2 g，根據GB 50330－2013《建筑邊坡工程技術規范》，對應的水平地震系數k為0.05，在公式（4）中，將滑體后緣裂隙水壓力v替換為水平地震力 f e = k W =k γ V。將上述參數值代入v替換為f e的公式（4）中，得：

按照《滑坡防治工程勘查規范》中的評價標準：穩定系數K<1.0為不穩定；1.0≤K<1.05為欠穩定狀態；1.05≤K<1.15為基本穩定狀態；K≥1.15為穩定狀態。根據上述滑坡3種工況的穩定系數K的計算結果，可得出以下結論：

天然工況及地震工況的滑坡穩定性系數分別為K=1.42和K=1.23，滑坡處于穩定狀態；持續降雨工況的滑坡穩定性系數K=0.96，滑坡處于不穩定狀態。

3.4? 滑坡推力計算

根據JTG/T 3334—2018《公路滑坡防治設計規范》有關滑坡防治工程安全等級和未定安全系數（Ks）的規定，北宮鎮大灰廠路滑坡的防治安全等級取為Ⅲ級，滑坡安全系數在自然工況下取1.15，持續降雨工況下取1.05，地震工況下取1.02。利用傳遞系數法計算各種工況下剩余下滑力（滑坡推力）T。針對圖4所示的分析模型，剩余下滑力的計算公式可表達為：

T=Ks F-R?????? （5）

式中，F為滑體受到的下滑力，按式（3）計算；R為滑體的抗滑力，按式（2）計算。天然工況，u=0，v=0；持續降雨工況，u = γ w z w l /2，v = γ w z w 2 /2；地震工況，u=0，v = f e = k γ V。

1）天然工況

滑體平均天然容重γ 為21 kN·m-3，單寬滑體體積V為71.68 m3，滑動面傾角β為30°，滑動面黏聚力c為12?kPa，摩擦角φ為18°。天然狀態裂隙無充水，所以v=0，u=0。將這些參數值代入式（5）得：

可見，天然工況的滑坡剩余下滑力小于0，因此，滑坡推力可取為0，即，T=0。

2）持續降雨工況

滑體平均飽和容重γsat 為22 kN·m-3，單寬滑體體積V為71.68 m3，滑動面傾角β為30°，后緣裂縫深2 m，滑動面飽和黏聚力c?為10 kPa，飽和摩擦角φ?為16°。按后緣裂隙充滿水考慮，則u=γ w zw l /2= 10×2×54.2/2=542 kN，v=γ w? z w 2 /2 = 10 × 22/2=20 kN。把這些參數值代入式（5）得：

所以，降雨工況的滑坡推力T為70.35 kN·m-1。

3）地震工況

滑體平均天然容重γ 為21 kN·m-3，單寬滑體體積V為71.68 m3，滑動面傾角β為30°，滑動面黏聚力c為12?kPa，摩擦角φ為18°。天然狀態裂隙無充水，所以v=0，u=0。勘查區抗震設防烈度為Ⅷ度，地震動峰值加速度為0.2 g，根據GB 50330－2013《建筑邊坡工程技術規范》，對應的水平地震系數k為0.05。在式（5）中，將后緣裂隙靜水壓力v替換為水平地震力f e=k γ V，則有：

與天然工況一樣，地震工況的滑坡剩余下滑力也小于0，因此，地震工況的滑坡推力也為0。

綜上所述：天然工況和地震工況下，滑坡推力T為0；持續降雨工況下，滑坡T為70.35 kN·m-1。從滑坡推力值看，同樣是天然和地震2種工況的滑坡處于穩定狀態，而持續降雨工況的滑坡會處于不穩定狀態。

4? 治理工程

根據大灰廠路滑坡的空間發育特征、變形破壞特征、工程地質條件及受威脅對象分布特征（魏強等，2001；劉洪博等，2020；張勇武等，2007；廖小平等，2021；岳慶等，2023），采用“清理滑塌堆積體+截排水溝+錨桿格構梁+重力式擋墻”的綜合防治措施對大灰廠路滑坡進行防治。

4.1? 滑塌堆積體清理

根據現場勘查結果，邊坡前緣由于修路形成危巖帶，表層風化嚴重，主滑坡坡體中部部分區段已經沿頁巖的巖層產狀發生滑塌，滑塌體堆積于坡腳。因此，對治理區內滑塌堆積體開展清理工程，清理面積165 m2，厚2 m，總方量約330 m3。

4.2? 截排水溝

在滑坡后緣布置截排水溝，用以減少降水對渣堆表層沖刷。截排水溝全長145 m。

據DZ/T0219－2016《滑坡防治工程設計與施工技術規范》，截排水渠采用矩形斷面。斷面截面積1 m2，壁厚40 cm。排水渠的安全超高不宜小于0.4 m，最小不應小于0.3 m。實際采用設計流量安全超高為0.3 m。水渠過流量計算主要依據匯水面積、降雨量計算。驗算得到的過流量為4.51 m3·s-1，設計頻率地表水匯流量為1.62 m3·s-1，截排水渠可滿足50年一遇暴雨排水要求。

4.3? 錨桿格構梁

1）格構錨桿布置

格構錨桿主要布置于滑坡體中部，面積共計3 860 m2，控制坡比為1∶1.54，共布設預應力錨桿430根。錨桿采用直徑為28 mm的預應力鋼筋，錨桿長8 m，入射角度31°，矩形布置，間距3.0 m × 3.0 m，錨孔直徑75 mm；錨桿間采用鋼筋砼格構梁連接，格構梁橫截面0.3 m × 0.4 m，采用C30砼澆筑。預應力錨桿所施加預應力大小按照錨桿抗拉標準值的90%進行施工。

2）錨桿穩定性計算

①錨桿軸向拉力標準值

（6）

式中，Nak為相應于作用的標準組合時錨桿所受軸向拉力（kN），Htk為錨桿水平拉力標準值（kN），ɑ為錨桿傾角（°）。

②錨桿鋼筋橫截面計算

對于非預應力錨桿：??? （7）

式中：As為鋼筋橫截面面積（m2）；f y為鋼筋抗拉強度設計值（kPa）；Kb為錨桿安全系數，根據GB 50330－2013《建筑邊坡工程技術規范》中的表8.2.2，取1.8。

經計算，鋼筋橫截面面積As為416 mm2，實際取28螺紋鋼筋。

③錨桿錨固段長度計算

（8）

式中：K為錨桿抗拔安全系數，根據GB 50330－2013《建筑邊坡工程技術規范》中的表8.2.3，取2.4；la為錨固段長度；f rbk為巖土層與錨固體極限黏結強度標準值（kPa），根據GB 50330－2013《建筑邊坡工程技術規范》中的表8.2.3，取1 200；D為錨桿錨固段鉆孔直徑（mm）。

按計算，錨桿錨固段長度la為6.7 m，考慮巖體強風化厚度，錨桿應深入基巖中風化段，為此，確定錨桿錨固段長度取值加長為8.0 m。

4.4? 擋土墻工程

為提高滑坡在不利工況下安全系數，在滑坡前緣布設一道片石混凝土擋土墻。根據滑坡前緣地形特征以及穩定性分析計算結論，擋土墻全長145 m，基礎高1.2?m，地面以上墻體高2 m。擋土墻設計參數見表3。

5? 結論

大灰廠路滑坡為修路開挖坡腳卸荷引發的淺層小型牽引式巖質順層滑坡， 滑坡由1個主滑坡和1個伴生滑坡組成，總面積2 322 m2，總方量約4 644 m?。其中主滑坡面積1 512 m2，方量3 024 m3；伴生滑坡面積810?m2，方量1 620 m3；滑坡總面積2 322 m2，總方量約4 644 m?。主滑坡滑動面為坡體頁巖層面。按天然、持續降雨和地震3種工況分析，在天然和地震2種工況下的滑坡處于穩定狀態，而在持續降雨工況下的滑坡將會發生失穩。大灰廠路滑坡主要威脅對象為邊坡下方約150 m長的大灰廠路過往行人車輛以及輸電線路。采用“清理滑塌堆積體+截排水溝+錨桿格構梁+重力式擋墻”的治理方案對該滑坡進行了綜合治理，保證了大灰廠路的安全。

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