东江口崩塌灾害特征及稳定性评价

刘晓晓

摘  要：东江口崩塌危岩带位于北京市房山区北部，地貌类型为中低山区，主要组成物质为强风化玄武岩，平面呈不规则带状，总体积约6300m3。危岩带变形主要受裂隙及优势结构面发育的控制，为小型-滑移式崩塌。危岩带东侧受裂缝L1-L3切割制，形成体积为300m3的危岩单体，失稳方向为60°;西侧主要受裂缝L4-L5以及优势结构面控制，失稳方向为307°。采用赤平投影与定量计算的方法评价危岩带稳定性，评价结果：在天然工况下，危岩体东侧及中、西侧均处于基本稳定状态;在降水等不利工况条件下，危岩带东侧处于不稳定状态，中、西侧处于欠稳定状态。影响东江口危岩带稳定性的主要因素为人类工程活动与降水。

关键词：滑移式崩塌;变形破坏机理;稳定性评价

中图分类号：P642.21       文献标识码：A     文章编号：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

崩塌是北京山区常见且主要突发地质灾害之一（北京市地质研究所，2014）。据统计2004—2015年期间，北京地区共发生崩塌灾害109次，占突发地质灾害总数的80%，发生频率9次/年，发生数量及频次远大于其他突发地质灾害（任开珍等，2017）。根据北京市规划与自然资源委员会统计，截至2018年5月，北京市共存在突发地质灾害隐患4964处，其中崩塌隐患2560處，占突发地质灾害总数的51%以上（北京市规划与自然资源委员会，2019）。

东江口崩塌位于房山区东江沟口南侧山坡处，平面上呈不规则带状。崩塌危岩带两侧及后缘以出现变形迹象的边界为界线，前缘以坡体发育临空面为界，崩塌危岩带长度约100m，总面积约1130m2。危岩隐患带前缘最低高程700.4m，后缘最高高程727.6m，相对最大高差27.2m，整体坡向307°，平均坡度约40°～50°，临空面处局部反倾。2016年汛期时，该危岩带发生崩塌灾害，体积约100m3，损毁部分村道，造成道路中断。

1 地质环境条件

1.1 地形地貌

研究区位于房山区东北部山区，地貌类型为低中山区，地形起伏较大，沟谷较发育，切割较深，地势总体上东南高西北低。海拔高度一般为673～752m，相对高差约79m，最高点位于项目区东南侧的山顶，最低点位于道路西北侧沟底。山坡坡度一般30°～ 60°（照片1）。

1.2 地质构造

研究区内主要出露的地层为第四系残坡积堆积体（Qhdl+el）、第四系崩坡积堆积物（Qhcol）、第四系人工杂填堆积体（Qhml）、二叠系—石炭系山西组（CPs）、玄武岩体（β）。

第四系残坡积堆积体（Qhdl+el）：分布于崩塌危岩带上部自然坡体表层，主要组成物质为土夹块石，结构较为松散，厚度约0.5～1.5m，块石砾径一般0.2～0.6m，呈棱角—次棱角状。

第四系崩坡积堆积物（Qhcol）：分布于坡体下方及东侧坡体区域。主要组成物质为强风化玄武岩，结构松散，厚度0.5～1m，块石砾径一般0.2～0.5m，呈棱角状，大部分崩塌堆积体已在崩塌发生后进行清运，现场只存在少量堆积体于边坡坡脚处。

第四系人工杂填堆积体（Qhml）：分布于东侧堆土场处。主要组成物质为人工堆弃的煤矸石，因堆积年代较长，其密实程度较好，占地约240m2，厚度变化较大。据现场调查情况，近年汛期时，该矿渣堆积体均未发生变形，其稳定性较好。

二叠系—石炭系山西组（CPs）：分布于周边及北侧区域，岩性为砂岩，产状一般20°∠15°，夹煤层，风化程度较严重。

玄武岩体（β）：为崩塌危岩带发育的主要岩性，块状构造，黄褐色，表层风化较为严重，节理裂隙较发育，表层岩体较为破碎。在降雨、地震等不利工况下时有小规模的崩塌发生。

研究区及周边地区构造发育较少，仅距离项目区西北侧较远位置发育一正断层，距项目区位置大于2km，断层走向呈北东-南西向，对研究区影响较小（图1）。

1.3 人类工程活动

研究区内主要人类工程活动为道路建设、村庄建设、矿山开采等。

道路建设：为对研究区危岩带稳定性影响最大的人类工程活动，在自然坡体下方切坡修路。且切坡方式未充分考虑对岩体影响，前缘形成高陡临空面，是造成崩塌危岩带的直接原因（钱璞等，2014）。

村庄建设：位于项目区北侧，主要为当地村民自行修建民房等活动，对项目区危岩带稳定性影响较小。

矿山开采：该区曾有大量煤矿进行矿业活动，大型国矿及小煤窑都曾进行过开采，2008年后当地煤矿陆续关停。

2 崩塌特征

2.1 崩塌发育特征

东江口崩塌危岩带长度约100m，宽度7～12m，面积约1130m2，坡向307°，其两侧及后缘以发现拉张、出现滑塌处等变形迹象界线为边界，前缘以临空面发育处为界，其主要分布高程为700.4～727.7m，最大相对高差为27.2m。坡度一般40°～ 50°（照片2）。

据现场调查，崩塌危岩带主要受节理、裂隙切割及后缘发育裂缝控制。危岩带一般厚度5～10m，平均厚度在7m左右，预计崩塌危岩带整体方量在6300m3。受节理裂隙与发育裂缝切割所形成的最大危岩体位于崩塌危岩带的东侧，单体方量约300m3，规模为小型。

危岩带空间上可分为已发生滑塌区、东侧最大块危岩单体区以及危岩带中、西侧区。东江口崩塌属于滑移面主要受剪切力控制的小型-滑移式崩塌。

2016年汛期时，受连续降水的影响，崩塌危岩带东侧受节理、裂隙切割且风化严重的岩体发生小规模滑塌，滑塌区宽度9m，最大长度24m，滑塌方向与危岩带坡向相同，均为307°。其物质组成主要为危岩带表层风化严重的基岩与少量的坡体残坡积、崩坡积堆积体。滑塌体沿优势节理面发生变形，滑塌体总方量约100m3。

滑塌体在发生滑塌前，其后缘应存在一条拉张裂缝，持续降水沿裂缝入渗至岩体，并形成了冲刷痕迹。随着降水的不断渗入，使得岩体容重增加，抗剪强度降低;且冬季时入渗的降水冻结成冰，体积增加形成冰劈作用。再加之岩体自身风化强烈，发育有外倾结构面。当岩体抗滑力小于下滑力时，岩体沿着发育的外倾结构面发生滑塌变形（张国林等，2018）。在滑塌过程中，岩体因自身强度低，进而发生解体，堆积至坡脚处。

2.2 变形破坏机理

东江口崩塌是典型的受发育结构面控制的危岩带。危岩带受不同结构面切割的影响，最终沿着优势结构面发生失稳变形，形成滑移式崩塌。

根据现场调查情况分析，危岩带主要发育5组对危岩带稳定性影响较大的裂缝，记做L1-L5;此外，危岩带发育有1组外倾结构面（记做J1），对危岩带稳定性也存在较大影响（照片3）。裂缝L1-L5基本情况见表1。

外倾结构面（J1），结构面产状为307°∠65°～75°，节理发育密度为1条/m，最大张开宽度为10cm。

危岩带主要组成物质为玄武岩，依据经验及研究区周边工程经验，其破裂角为（45°+φ/2）70°，与岩体发育的外倾结构面产状基本相同。

危岩带东侧破坏模式主要受裂缝L1、L2、L3的控制。受裂缝L1、L2、L3切割，危巖带东侧可形成体积为300m3的危岩单体。再加以降水入渗，造成岩体抗剪强度降低、水压力增大，危岩体将沿裂缝发育方向，向已发生滑塌区域发生滑移式变形，形成滑移式崩塌，主要失稳方向为60°（图2）。

危岩带中部及西部破坏模式主要受裂缝L4、L5及岩体发育的外倾结构面的控制。危岩体后缘的L4、L5为拉张裂缝，在其控制下危岩带后缘会发生拉张变形，随着裂缝的进一步发育，降水沿裂缝入渗至岩体内部，使得岩体抗剪强度降低，进而沿着外倾结构面发生滑移式变形，形成滑移式崩塌体，主要失稳方向与坡面方向相同，为307°（图3）。

2.3 主要影响因素

崩塌的影响因素大体包含了内因和外因，内因体现了崩塌潜在的不稳定，而外因具有促进作用，使潜在的不稳定逐渐恶化，最终导致崩塌灾害的形成（汤廉超，2017）。东江口崩塌的内因主要包括地形地貌、地层岩性、坡体结构等;外因即诱发因素主要包括降水、人类工程活动等（刘卫华，2008;陈洪凯等，2009）。

（1）地形地貌

崩塌危岩带位于自然山坡下部靠近坡脚处，且临空面发育。临空面一般坡度在70°～85°。坡体最大相对高差达27.3m。高陡边坡的发育，容易产生崩塌。

（2）地层岩性

崩塌危岩带发育的岩性主要为玄武岩。且基岩节理裂隙较为发育，岩体表层风化严重。风化严重的基岩受优势结构面的控制，尤其是与坡面平行及大角度相交的结构面的控制下，发生崩塌灾害的可能性大。

（3）坡体结构

据现场调查，坡体发育有5条主要裂缝，与1组外倾结构面。危岩带变形破坏方式受结构面与裂缝的控制。在后缘裂缝发育到一定程度时，岩体抗滑力小于下滑力，危岩带将沿外倾结构面发生滑移式崩塌。

（4）不利工况

研究区内不利工况的影响主要为降雨。受降水冲刷的影响，危岩带岩土体容重加大，抗剪强度减小。同时降水还将汇集于危岩带后缘拉张裂缝中，产生水压力与沿滑面方向的扬压力，是发生崩塌灾害的主要原因。

（5）人类工程活动

区内影响崩塌危岩带稳定性的主要人类工程活动为修路切坡。在修建道路时，并未完全考虑坡体稳定性，以不合理的方式开挖坡脚，形成高陡临空面或反倾的临空面。岩体在前缘卸荷后，后缘必定沿着结构面发育的位置出现拉张裂缝，产生应力集中区，诱发崩塌灾害的发生。因此，人类工程活动是发生崩塌灾害的直接原因（王根龙等，2013）。

3 崩塌稳定性评价及发展趋势

3.1 稳定性宏观判断

东江口危岩带东侧在2016年汛期时受降水不利工况的影响，发生了小规模的滑塌。目前，坡体东侧受裂缝L1、L2、L3切割，形成了单块岩体方量为300m3。据现场调查，裂缝L1、L2、L3已发生了明显的变形，且变形量较大，再受到降水工况的影响，岩体沿裂缝发育方向发生滑移式崩塌灾害的可能性较大。故初步判断危岩带东侧单块危岩体在天然工况下处于基本稳定状态，在降水工况下处于欠稳定—不稳定状态，主要失稳方向为60°。

危岩带中西部后缘已形成了较为发育的后缘裂缝，且有外倾结构面的存在，虽目前未发生崩塌灾害，但若持续受降水工况的影响，坡体中部及西部将发生类似于坡体东侧的沿外倾结构面的滑塌变形。但鉴于坡体中西部坡度较东侧较缓，因此判断坡体西侧及中侧稳定性较东侧为好。天然状态下处于稳定状态，降水不利工况下处于欠稳定状态，主要失稳方向为307°

3.2 稳定性分析及评价

参照《工程地质手册》《北京市地质灾害治理项目实施技术指南》（2015）及周边已有工程经验，东江口崩塌治理区岩土物理力学性质参数详见表2。

（1）持平投影分析

危岩带东侧单块危岩体定性分析：根据现场调查结果，危岩带东侧单块危岩体主要发育有3组主要裂缝：L1：61°∠50°，L2：65°∠65°，L3：66°∠72°。赤平投影分析結果见表3、图4。

危岩带中西侧定性分析：据现场调查，危岩带中侧主要发育有两组后缘裂缝与一组外倾结构面;裂缝L4：320°∠75°，裂缝L5：320°∠70°，外倾结构面J1：307°∠65°，赤平投影分析结果见表3、图5。

（2）稳定性评价

稳定性评价的依据为《滑坡工程勘察规范》（GB/T32864-2016）和《北京市地质灾害治理项目实施技术指南》（2015）。

根据现场调查分析，东江口危岩带属于受优势结构面控制的危岩带，其主要变形失稳模式为沿优势结构面发育的方向发生滑移式崩塌。选取天然、暴雨、地震3种不同工况计算评价危岩带稳定性。

危岩带东侧单块危岩体主要失稳模式为受裂缝L1、L2、L3控住，沿其发育方向发生滑移式崩塌，主要失稳方向为60°;危岩带中、西侧坡体主要失稳模式为沿裂缝L4、L5与外倾结构面（J1）交汇处发生滑移式崩塌，主要失稳方向为307°。故应针对危岩带东侧单块危岩体与危岩带中、西侧坡体不同的变形破坏模式分别进行稳定性评价。

依据东江口崩塌的变形破坏机理，稳定性计算模型采用滑移式崩塌模型，其变形破坏模式见图6（叶万军等，2014）。东江沟口崩塌危岩带稳定性计算结果见表4。

（3）稳定性综合评价

1）危岩带东侧单块危岩体

经稳定性计算，东江口崩塌危岩带东侧单块危岩体在天然工况下稳定系数为1.21，处于基本稳定状态;在降水工况下稳定系数为0.99，处于不稳定状态;在地震工况下稳定系数为1.03，处于欠稳定状态。

在天然状态下，东侧单块危岩体未见有明显的变形趋势，但受裂缝L1-L3切割影响，其稳定性并不能达到稳定状态。在降水工况下，坡体东侧已发生滑塌，且裂缝L1-L3将进一步发育，降水入渗也将造成坡体容重增加、强度降低、并产生扬压力与水压力。危岩体将产生滑移变形，处于不稳定状态。计算结果与实际调查结果相符合。

2）危岩带中、西侧坡体

经稳定性计算，金鸡台村东江沟口崩塌危岩带中侧坡体在天然工况下稳定系数为1.29，处于基本稳定状态;在降水工况下稳定系数为1.04，处于欠稳定状态;在地震工况下稳定系数为1.03，处于欠稳定状态。

在天然状态下，危岩带中、西侧未见有明显的变形趋势，但受裂缝L4、L5及外倾结构面切割影响，其稳定性并不能达到稳定状态。在降水工况下，危岩带中、西侧后缘裂缝有明显变化趋势，坡体存在变形迹象，但其危岩带整体尚未发生整体滑移变形，处于欠稳定状态。计算结果与实际调查结果相符合。

3.3 发展趋势预测

从危岩带的稳定性分析结果看，东江口危岩带在降水等不利工况下稳定性较差。其经长期的风化侵蚀，同时受降雨形成裂隙水压力及植物根劈作用，岩体结构面的力学性能将下降，裂隙逐渐扩张，危岩的稳定性将逐渐降低，最终会发生不同规模的变形、失稳和破坏。随着危岩带破坏作用的进行，危岩带坡体内裂隙逐渐发育，加之受降水的影响，危岩带的稳定性将逐渐下降。从危岩带的变形破坏模式来看，危岩带破坏方式以滑移式为主。其主要危害对象为崩塌危岩带下方的金鸡台村村道，影响范围约100m。

4 结论

（1）东江口崩塌危岩带面积约1130m2，危岩带总体积约6300m3，其危岩带东侧最大单块危岩体方量约300m3。危岩带主要组成物质为风化严重且受节理裂隙切割的玄武岩。

（2）危岩带东侧单块危岩体稳定性主要受裂缝L1、L2、L3的控制，主要失稳方向为60°;危岩带中西部稳定性主要受裂缝L4、L5及发育的优势结构面J1的控制，主要失稳方向为307°。

（3）诱发坡体发生崩塌的因素主要有两方面：人类工程活动在该处活动较为强烈，主要表现为修路切坡对坡体的自身扰动较大;受降水等不利条件的影响，雨水直接冲刷坡面，造成受节理切割的强风化基岩出现崩塌。

（4）依据稳定性分析评价结果：危岩带东侧单块危岩在天然工况下处于基本稳定状态。在降雨等不利工况下处于不稳定状态，形成滑移型崩塌的可能性较大。危岩带中、西侧在自然工况下边坡稳定性较好，坡体处于基本稳定状态，在降水等不利工况下处于欠稳定状态，在不利工况下发生崩塌灾害的可能性较大。

（5）东江口崩塌主要威胁对象为危岩带下方的村道，影响范围约100m。

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