北京房山军红路边坡地质灾害特征及成因分析

赵忠海 李敏

摘  要：北京房山军红路（X209）边坡地质灾害，是北京市近些年来所发生的规模较大的一次边坡地质灾害。该灾害损毁公路约80m，并导致双向交通断绝、相关公交车改线及部分景区关停，所造成的直接和间接经济损失极大。在现场应急调查工作的基础上，对该灾害的主要特征及成因进行了认真分析。分析结果表明，该灾害类型属滑移式崩塌，陡峻的地形、软硬相间的岩层以及发育的节理裂隙构造，为灾害的发生提供了有利的条件，而多日持续的降雨则是导致灾害发生的主要诱因。

关键词：军红路;边坡地质灾害;特征;成因;分析。

中图分类号：P642.21     文献标识码：A     文章编号：1007-1903（2018）04-0032-05

0 前言

北京地处华北平原的西北部，其东经11525～11730，北纬3926～4103，面积约16800km2，其中山区面积约10400 km2，主要位于北京平原的西部（属太行山山脉）、北部及东北部（属燕山山脉），其面积约占北京总面积的62.0%左右（吴言军等，2006）。

在大地构造位置上，北京处于近东西向的阴山构造带南缘及其与北北东向的山西断隆 、 北北东向的华北断坳的接合部位，在漫长的地质历史中，受多次构造运动影响，故构造格局比较复杂，岩层风化破碎严重（赵金仁等，2005）。

由于经济、社会的迅速发展，人类活动对环境的影响破坏日趋严重，特别是开山修路，造成了大量不稳定的人工边坡，在地震、降雨等触发因素影响下，极易发生滑坡、崩塌等地质灾害，给公路交通的正常运行造成严重影响，给人民的生命和财产带来巨大损失。据不完全统计，目前北京山区公路沿线的边坡地质灾害隐患共有2000余处，对过往行人、车辆以及公路交通设施等构成严重威胁。

军红路（X209）是由北京市门头沟区军响至房山区红煤厂的一条县级公路，全长约42km，由于其沿途地形地貌多变，地质构造复杂，故地质灾害隐患特别是边坡地质灾害隐患非常发育。2018年8月11日，军红路（X209）房山段K18+350处（大安山矿附近）发生重大边坡地质灾害，山体垮塌严重，方量约30000m3，是北京市近些年来所发生的规模较大的一次边坡地质灾害（图1）。垮落山石的块径多在0.5m左右，最大落石的体积约为5m×3m×3m。大量的垮落物砸毁了路面、路基及护栏，损毁路段长约80m，并导致军红路双向断路、相关公交车改线及部分景区关停，所造成的直接和间接经济损失极大。所幸在灾害发生前有地质灾害群测群防员及时发现征兆并果断采取了有效拦截措施，本次灾害未造成过往人员和车辆的伤亡和损毁，从而避免了更大的损失。

但关于本次边坡地质灾害的类型和成因却众说纷纭，有人说是崩塌，有人说是坍塌，还有人说是滑坡。笔者在现场应急调查工作的基础上，对该灾害的主要特征及成因进行了认真分析和研究，认为该灾害类型属滑移式崩塌，陡峻的地形、软硬相间的岩层以及发育的节理裂隙构造为该灾害的发生提供了有利的条件，而多日持续的降雨则是导致该灾害发生的主要诱因。

1 灾害主要特征

1.1 边坡分类

边坡是指地表一切具有侧向临空面的地质体，通常由坡顶、坡面、坡脚以及地下一定深度内的岩土体组成。关于其类型划分，国内至今尚无公认的统一方法。比较常见的是根据坡体的岩土成分、地形成因、工程类别、使用年限、高度以及坡度等进行分类（表1）。

除此之外，还有根据边坡变形破坏的形式如变形速度、变形特征抑或变形发育阶段等进行分类。

根据上述分类方法，军红路（X209）K18+350处的边坡按照岩土成分划分，属于岩质边坡;按照地形成因划分，属于自然边坡;按照工程类别划分，属于道路边坡;按照使用年限划分，属于永久边坡;该边坡坡高约85m（公路上方），按照坡体高度划分，属于高边坡;坡度约60～70，按照边坡坡度划分，属于悬坡（吴言军等，2011）。

1.2 变形模式

边坡变形指的是坡体表面或深部发生局部或整体位移的现象。按照变形的性质和机制，可分为坍塌、滑坡、崩塌、 错落及倾倒等5种主要类型（图2）。其中，坍塌是指土层、堆积层或风化破碎岩层边坡，由于土壤中水或裂隙水作用、河流冲刷或人工开挖坡陡于岩土体自身强度所能保持的稳定坡度而产生逐层塌落的变形现象;滑坡是边坡岩土体在重力和其他外力作用下沿坡體内一定的软弱面（ 或带） 整体向下以水平位移为主的变形现象;崩塌是指陡坡上的巨大岩体或土体，在重力和其他外力作用下，突然向下崩落的现象;错落是指被陡倾结构面与后部完整岩体分开的风化破碎岩体因边坡开挖失却支撑力，下伏软弱岩层不足以承受上部岩体压力而被压缩， 引起坡体以垂直下错为主的变形现象;倾倒是指陡倾的岩体由于卸荷回弹和其他外力作用，绕其底部某点向临空方向倾倒的现象（王恭先，2003）。

军红路（X209）K18+350处的边坡地质灾害主要是陡坡上的巨大岩体在重力作用下突然向下崩落所致，其崩落物的垂直运动距离远大于水平运动距离，且崩落物运动轨迹的规律性较差，按上述划分标准，应属于崩塌变形模式。

图3是根据该边坡地质灾害发生时的视频资料所截取的4帧图片，可清楚看出该边坡变形破坏的发展过程。该边坡的崩落体主要有两处（图3中的Ⅰ和Ⅱ），它们在重力的作用下，分别沿着两个与坡体相同倾向的破坏结构面（图3中的A和B）向前下方崩落。从图3中可以看出，破坏结构面A和B下方的坡体均未发生变形，而其上方坡体则发生了明显位移。由①至④，Ⅰ逐渐崩落→变薄以至于消失;Ⅱ逐渐变厚→崩落直至全部崩落于坡脚。这清晰反映出了该坡体变形破坏的先后次序：即坡体顶部的不稳定岩体（图中的Ⅰ）先发生变形破坏，坡顶崩落的岩体加剧了坡体中部的荷载，从而引发了坡体中部不稳定岩体（图中的Ⅱ）的变形破坏，最终导致了整个坡体的崩塌灾害。

1.3 灾害类型

根据《滑坡防治工程勘查规范》（DZ/T0218-2006），崩塌灾害可分为倾倒式、滑移式、鼓胀式、拉裂式、错裂式等几种主要类型（韩庆洋等，2014）。按照其判断标准，军红路（X209）K18+350处边坡的岩性为软硬相间的岩层，坡度大于55°，发育有倾向临空面的结构面，滑移面主要受自重引起的剪切力作用，坡体变形的起始运动形式为“滑移→坠落”，故其灾害类型为滑移式崩塌（表2）。

2 灾害成因分析

导致和影响边坡变形和破坏的因素很多，总体可分为内在因素和外在因素两个方面。其中，内在因素主要包括地形地貌、地层岩性、岩体结构以及地质构造等;外在因素主要包括降雨、风化、地震以及人类工程活动等。

2.1 地形地貌

大量的崩塌灾害表明，陡峻的斜坡地形是形成崩塌灾害的必要条件（杜蜀宾，2004）。军红路（X209）K18+350处边坡为岩质高边坡，坡体顶部呈陡崖状，陡崖高约30m，倾角约75～85;坡体中下部为高陡边坡，坡高约55m，倾角约60～70。沿坡面倾向，存在两处高陡的临空面。且由于地形地貌切割关系，该处坡体向前突出，三面临空，致使其稳定性较差。

2.2 地层岩性

地层岩性是决定边坡变形和破坏的物质基础，其差异对边坡变形和破坏的影响很大。军红路（X209）K18+350处边坡由三叠系杏石口组及侏罗系南大岭组、窑坡组地层组成（图4），坡体的中下部为中厚层状砂岩与薄层状粉砂岩、页岩互层，岩层产状为348～350，∠15～21;坡体的顶部为玄武岩和安山岩，岩石表面风化严重，柱状节理较发育。

2.3 岩体结构

岩体结构及结构面的发育特征是岩体边坡变形破坏的控制因素。发育的节理、裂隙等结构面将岩体切割成大小不一、形状不规则的结构体，使岩体的整体性受到严重破坏，同时也为地表水的入渗和地下水的运移提供了通道，从而加剧了边坡岩体的风化作用，大大降低了斜坡的稳定性。

军红路（X209）K18+350处边坡岩体中节理和裂隙较为发育，主要发育两组节理和一组裂隙。两组节理的产状分别为：196∠43和115∠80;裂隙的产状为148～156∠60～78，其倾向与坡向（临空面）基本一致。

由于结构破碎，风化严重，且发育有倾向临空面的贯穿性裂隙结构面，故坡体的稳定性较差。

2.4 人类工程活动

人类工程活动改变了坡体的自然状态，坡体结构以及坡体内部的应力分布特征。人工开挖对边坡产生卸荷作用，导致坡体内部的应力重新分布，从而在边坡的卸荷区内形成一系列张拉性裂隙，这些张拉性裂隙与坡体内部的其它裂隙和结构面组合在一起，逐步贯通，严重破坏了坡体的完整性和稳定性，形成危岩体，在地震或降雨等外力触发作用下，非常容易发生崩塌灾害（骆银辉等，2008）。

图5是军红路（X209）K18+350处边坡在发生崩塌灾害后，由于卸荷作用所导致的张拉性裂隙。从图中可以看出，这些张拉性裂隙非常发育，贯通性好，将坡体切割成大小不一的块体，严重破坏了坡体的完整性，并为地表水入渗和地下水运移提供了便利条件。且其倾向临空面，一旦遇到强震动和强降雨情况下，极易成为边坡变形破坏的软弱结构面，导致再次崩塌灾害的发生，必须予以清除。

2.5 多日持续降雨

除了地震，降雨可以说是导致边坡发生变形和破坏的最大诱因。因为降雨使会岩土体软化，质量增大，还会产生动水压力和静水压力，使岩土体的抗剪强度降低，从而诱发和加剧边坡的变形和破坏。

今年入汛以来，大安山乡已出现4次较强的集中降雨。据气象监测数据统计，在军红路（X209）K18+350处边坡地质灾害发生前的一周，也就是8月5日—11日，大安山地区的累计降雨量高达172mm。这种高强度的集中降雨沿裂隙入渗后，使边坡岩体强度大大降低，孔隙水压力显著增加，从而诱发边坡变形破坏，最终导致崩塌灾害的发生。

3 结语

军红路（X209）K18+350处边坡是一处由火山岩地层组成的岩质高边坡，岩石中节理和裂隙等结构发育，岩体强度较低。“中下部砂岩和粉砂岩、页岩互层+顶部玄武岩、安山岩”的地层岩性组合形成了火山岩地层分布区独特的地形地貌，边坡高陡且具有多级的临空面，不利于坡体稳定。人工修路破坏了边坡的自然状态，坡体结构以及坡体内部的应力分布特征，人工开挖对边坡产生卸荷作用，导致坡体内部的应力重新分布，从而在边坡的卸荷区内形成一系列倾向临空面的张拉性裂隙，严重破坏了坡体的完整性，并为地表水入渗和地下水运移提供了便利条件。而高强度的集中降雨，沿节理和裂隙入渗后大大增加了坡体的自重，降低了巖体的强度，提高了坡体内的动水压力和静水压力，从而诱发了边坡的变形和破坏，最终导致了崩塌灾害的发生。

军红路（X209）K18+350处边坡崩塌灾害在北京地区具有一定的典型性和代表性。该类边坡在北京山区特别是火山岩地层分布区的公路沿线很常见。认真分析研究本次崩塌灾害的特征和成因，对今后该类边坡地质灾害防治工作的开展具有重要的借鉴和指导意义。

参考文献

杜蜀宾，2004. 西南矿区山体崩塌成因机制分析及防治对策[J]. 地球科学与环境学报，26（1）： 89-92.

韩庆洋，乃尉华，2014. 伊吾县县城北侧崩塌地质灾害特征分析[J]. 西部探矿工程，12：143-146.

骆银辉，胡斌，朱荣华，等，2008. 崩塌的形成机理与防治方法[J]. 西部探矿工程，12： 1-3.

王恭先，2003. 高边坡设计与加固问题的讨论[J]. 甘肃科学学报，15（S1）： 5-9.

吴言军，陈爱新，刘长青，2006.北京山区公路岩质边坡的稳定性分析及防治对策[J]. 工程勘察，（S1）： 152-158.

吴言军，陈爱新，2011. 北京山区边坡灾害特征及防范措施[J]. 地质灾害与环境保护，22（2）： 42-45.

赵金仁，张先康，张成科，等，2005. 北京西北地区壳幔结构的非均匀性特征与地震活动[J]. 地震学报，27（2）： 119-127.