滦赤路延庆段典型危岩发育特征及防治措施

摘  要：滦赤路位于北京市延庆区北部山区，由于公路依山势沿沟谷山坡修建，山高坡陡，两侧边坡存在较多的危岩体，威胁到过往车辆及行人的安全。在对滦赤路（延庆段）危岩体进行详细野外调查的基础上，结合危岩体发育区的地形地貌、地层岩性、地质构造等地质环境条件，选取了两处典型危岩体，分析了典型危岩体的发育特征，研究了危岩体的形成影响因素和失稳机理，评价了危岩体的稳定性，并针对典型危岩体提出了相应的防治措施建议。

关键词：危岩体;发育特征;失稳机理;稳定性;防治措施

中图分类号：P642.21   文献标识码：A   文章编号：1007-1903（2019）02-0091-06

Abstract：The Luanchi road is located in northern mountainous area in Yanqing District of Beijing， with many potential unstable rock masses on both sides of the slope along the road， which greatly threats the safety of road traffic and pedestrian. This paper expounds the topography， lithology， geological structure， meteorological and hydrological geological conditions of the potential unstable rock masses along this road. Based on detailed field survey， we select two typical potential unstable rock masses to expound the development characteristics of the typical rock masses， then study the influencing factors， failure mechanism and stability condition of the two typical potential unstable rock masses， finally put forward some corresponding treatment measures for the typical potential unstable rock masses.

Keywords：Potential unstable rock mass;Developmental characteristics;Failure mechanism;Stability;Treatment measures

0前言

危巖体是指高陡边坡或陡崖上的坚硬类岩体受结构面切割，临空条件较好，受重力、风化营力、地应力、地震等因素的影响，岩体的受力平衡遭到破坏，岩体与母岩逐渐分离而具备向坡下运动的趋势，从而处于不稳定、欠稳定或极限平衡状态（张倬元等，1994;胡厚田，1989）。这些危岩体目前没有发生崩塌，但已经出现了崩塌的趋势，是潜在的崩塌体。

滦赤路位于北京市延庆区西北部，东起河北省滦平县，向西经怀柔与延庆交接的西帽山，终点与河北赤城的水碾村交界，全长51.44km。由于开山筑路，并且对公路沿线的地质条件缺乏认识，盲目的人工爆破切坡对公路边坡稳定性造成了一定的影响，因未采取工程防治措施，致使边坡崩塌地质灾害时有发生，对过往行人及车辆构成较大的威胁。

本文对滦赤路（延庆段）危岩体进行了详细野外调查，分析了危岩的形成影响因素和失稳机理，评价了危岩体的稳定性，针对典型危岩提出了相应的防治措施建议。

1 区域地质背景

研究危岩体必须探明边坡岩体所处的工程地质环境条件（张有全等，2006;杜涛，2000;鲍亦冈等，2001）。危岩体研究区地处燕山沉降带西段，为华北平原向张北高原的过渡地带，受燕山运动隆起褶皱、断裂和抬升，同时也接受自然外力侵蚀。区内山脉属燕山山脉军都山，山脉走向呈北东-南西向，北部山区地势相对较高，南部相对低缓，高程大致为400～900m。危岩体研究区为中低山及丘陵地貌，山势陡峻，地形较复杂。

地层岩性主要包括长城系和蓟县系的长石石英砂岩、燧石条带白云岩、灰质白云岩以及泥晶质白云岩、泥质粉砂岩及粉砂质页岩，侏罗系的紫褐色砂岩等;第四系主要为现代河流冲洪积砂砾石、卵石等。该区地质构造较复杂，褶皱主要分布在燕山期陆缘活动带、后吕梁-印支期地台盖层褶皱带蓟县系岩层中，以及在长城系地层中也有少量分布。本区断裂多为压性断裂。

延庆三面环山，一面临水，中央凹陷，独特的自然条件组成了两个不同的水文地质单元，即山区基岩裂隙水和平原区第四系松散层孔隙地下水。滦赤路位于延庆区北部山区，水文地质条件为山区基岩裂隙水。根据地层岩性和水文地质特征，可分成两大含水岩组，即碳酸岩岩溶裂隙含水岩组和岩浆岩及碎屑风化裂隙含水岩组。

2 危岩发育特征

危岩灾害点位于北京市延庆区滦赤路沿线，根据滦赤路延庆段危岩的发育特征，本次选取2处典型危岩进行研究。危岩区所处地貌属于中低山地貌形态，局部地形陡立，危岩区出露的地层岩性主要为蓟县系和侏罗系砂岩，岩石整体呈层状或块状，岩石较坚硬，结构面较发育。2处典型危岩的位置见图1。

2.1  1#危岩发育特征

1#危岩位于滦赤路道路里程桩号为K131+900处，高程为472m。危岩区出露的地层岩性主要为侏罗系后城（土城子）组（J3h）砂岩，紫红色，中—厚层状，危岩体所在边坡坡高约30m，坡长约25m。岩层层面产状330°∠40°，基本与边坡坡面一致，为顺层边坡。危岩体集中在边坡中上部，调查时，可见边坡下部岩体部分已沿层面滑塌，岩块堆积于坡脚，中上部岩体局部悬空。危岩带总体积约1200m3。除岩层层面外，岩体内还发育两组结构面，一组为倾角近直立且垂直岩层层面的结构面LX1，产状245°∠80°，闭合，平直光滑，结构面延伸长度1.0～5.0m，结构面间距0.5～3.0m;一组为倾坡内的结构面LX2，产状160°∠40°，多数闭合，较平直粗糙，结构面延伸长度0.4～3.0m，结构面间距0.5～2.0m。受岩层层面、坡面及两组结构面切割，目前危岩体仅部分与基岩相连，若结构面贯通，则危岩体会沿层面滑塌。1#危岩发育现状如图2所示，1#危岩边坡如图3所示。

2.2  2#危岩发育特征

2#危岩位于滦赤路道路里程桩号为K122+340处，高程为416m。危岩区出露的地层岩性主要为蓟县系杨庄组（Jxy）白云质砂岩，灰黄色，中—巨厚层状，危岩体所在边坡坡高约50m，坡长约30m，边坡坡面产状20°∠85°;岩层层面产状265°∠45°。边坡为斜向坡。危岩体集中在边坡中上部，调查时，可见边坡中下部岩体部分已掉落，中上部岩体部分底部悬空。危岩带总体积约1400m3。除岩层层面外，边坡岩体内还发育2组结构面，一组为与岩层层面倾向相反的结构面LX1，产状53°∠55°，闭合，平直光滑，结构面延伸长度2.0～8.0m，结构面间距0.3～2.0m;一组为陡倾坡内的结构面LX2，产状165°∠81°，多数闭合，较平直粗糙，结构面延伸长度0.4～1.0m，结构面间距0.5～1.5m。受岩层层面、坡面及两组结构面切割，目前危岩体仅后部与基岩相连，若后部结构面贯通，则危岩體会脱离母岩向下发生坠落。2#危岩发育现状如图4所示，2#危岩边坡如图5所示。

3 危岩失稳机理分析

3.1 危岩形成影响因素

地形地貌：滦赤路地处中低山地貌，沿线高陡岩质边坡坡高30～50m，坡度一般为55°～80°，多处为削坡修路，近乎直立，高陡的边坡促进了裂隙的发展，同时也促使了岩体自重应力的发挥，加大了危岩崩塌产生的破坏力。

岩体结构特征：研究区边坡地层岩性主要为砂岩等沉积岩，岩体内的原生层面和结构面将岩体切割成块状，另外，在强烈的构造作用下，滦赤路沿线岩体完整性进一步被破坏，边坡整体强度降低，加速了危岩体的形成或失稳。

降水和地震：滦赤路沿线边坡内裂隙发育，贯通性好，大气降水入渗加剧了裂隙的张开程度，大大降低结构面上的抗剪强度，促进了岩体破坏。地震作用引起边坡岩体结构松动，破裂面错位和孔隙水压力累积上升;另外，地震作用使处于临界状态或基本稳定状态的危岩瞬间失稳。

人类工程活动：滦赤路沿线修路削坡改变了坡体的结构和原有地质环境的应力平衡条件，使边坡卸荷并产生拉张裂隙，破坏了边坡的完整性和稳定性;另外，来往车辆产生的震动又加剧了危岩体的形成和失稳。

3.2 危岩的失稳机理

1#危岩：边坡岩性为侏罗系紫红色砂岩，边坡岩体结构面较发育，且风化较强烈。区内结构面组合不利于边坡稳定，主要发育有3组优势结构面：①岩层层面，产状330°∠40°，基本与边坡坡面一致;②垂直于岩层层面的陡倾结构面，产状245°∠80°;③倾坡内的结构面，产状160°∠40°。层面、坡面及另外两组结构面共同切割岩体成块状，目前危岩体仅部分与基岩相连，在长期重力作用下，具有沿顺坡向岩层层面滑移的趋势，一旦岩体后部及两侧结构面贯通，危岩体将失稳，沿层面向临空方向发生滑移式崩塌破坏（赵建军等，2009;刘卫华等，2007;黄润秋等，2007）。

根据这3组结构面与坡面的组合关系，绘制优势结构面的赤平投影图（钟林，2009），见图6。

2#危岩：边坡岩性为蓟县系灰黄色白云质砂岩，边坡岩体结构面较发育，且风化较强烈，岩体被结构面切割成块状。区内结构面组合不利于边坡稳定，主要发育有三组优势结构面：①岩层层面，产状265°∠45°，②与岩层层面倾向相反的结构面，产状53°∠55°，③陡倾坡内的结构面，产状165°∠81°。受岩层层面、坡面及两组结构面切割，目前危岩体仅后部部分与基岩相连，在长期重力作用下，若后部结构面贯通，则危岩体会脱离母岩向下发生坠落式崩塌破坏。

根据这三组结构面与④坡面（产状20°∠85°）的组合关系，绘制优势结构面及坡面的赤平投影图，见图7。

4 危岩稳定性评价

根据前述分析，1#危岩体的失稳模式为滑移式，2#危岩体的失稳模式为坠落式，根据陈洪凯、段宏波等人的研究，可将危岩体视为完全刚性体，采用极限平衡理论，分别计算滑移式和坠落式危岩体的稳定性（陈洪凯等，2009;陈洪凯等，2004;陈洪凯等，2006;段宏波，2016）。

4.1 滑移式危岩稳定性计算

滑移式危岩体计算模型见图8，图中AB为主控结构面长度（m），其倾角为β（°），等效强度参数为c、φ。W为危岩体的自重（kN），P为水平地震力（kN）。

在天然工况和暴雨工况下，滑移式危岩体的稳定性系数计算公式（陈洪凯等，2009）：

式中：Q为主控结构面内作用在危岩体上的裂隙水压力（kN），在天然工况和暴雨工况下取值计算方法不同。

在地震工况下，滑移式危岩体的稳定性系数计算公式（陈洪凯等，2009）：

4.2坠落式危岩稳定性计算

坠落式危岩体计算模型见图9。

在天然工况下，坠落式危岩体的稳定性系数计算公式（陈洪凯等，2009）：

在地震工况下，坠落式危岩体的稳定性系数计算公式（陈洪凯等，2009）：

式中：变量意义同前。

4.3 危岩稳定性计算

危岩体稳定性可根据其稳定性系数分为不稳定、基本稳定和稳定状态（表1）（陈洪凯等，2009;陈洪凯等，2004;陈洪凯等，2006），并提出了防治工程安全系数标准。

根据上述公式，计算在各工况下2处危岩的稳定性系数如表2。

根据计算分析，1#危岩在天然工况下处于基本稳定状态，暴雨和地震工况下处于基本稳定—不稳定状态。2#危岩在天然工况下处于基本稳定状态，地震工况下处于不稳定状态。

5 危岩防治措施建议

危岩体的防治措施要求技术可行、安全可靠和经济合理，在选择时就需要综合考虑多种影响因素，主要包括以下几方面：危岩体发育的地质环境条件;工程的特点及其与地质环境之间的相互关系;危岩体的分布、类型及形成机制;危岩体的稳定性状态等，另外还需兼顾防治措施的适宜性和经济性（姜永玲，2011）。

5.1 工程措施

危岩防治的工程措施主要包括主动防治措施、被动防治措施和预警措施：

主动防治措施主要有锚固、支撑、填充、护坡、削坡、清除等，可降低岩体破坏的可能性;被动防治措施主要包括拦截、避让等;预警措施在某些情况下较经济，但不能从根本上对危岩体进行治理。工程中经常将3种措施组合采用。

5.2防治措施建议

根据本工程特点，综合考虑滦赤路公路边坡的工程地质环境条件、危岩体发育特征及失稳机理等，对危岩的防治提出如下建议：

（1）1#滑移式危岩：建议先将表面较破碎的危岩体进行人工清除，对大块且不易破碎的岩块采取锚固措施，增加滑动面的抗滑能力和抗剪能力，使岩体的抗滑移稳定性得到加强。另外，建议在坡脚处修建挡墙，固脚护坡的同时可以拦截失稳破坏的岩块，避免对道路、过往行人及车辆造成危害。

（2）2#坠落式危岩：危岩体位于边坡中上部，距离地面较高，填充、支撑等支护方式适用性较差，锚固作业风险性较高，建议对局部底部悬空且不稳定的危岩体进行人工清除之后，在坡面布置主动防护网，坡脚修建挡墙，采用主动和被动相结合的方式，降低危岩体失稳破坏可能带来的危害。

（3）进行汛前及汛期公路边坡地质灾害的排查工作，加强重点地质灾害点的监测预警，发现险情及时处理。

6 結论

滦赤路公路边坡危岩发育区地质环境条件较复杂，地形地貌、地质构造、地层岩性、降水以及人类工程活动等构成了危岩形成和影响的重要因素，公路沿线边坡危岩体较常见，对过往车辆及行人的生命财产安全造成巨大威胁。

滦赤路公路沿线危岩体的变形破坏模式主要为滑移式和坠落式，其稳定性较差，建议对滑移式危岩采取人工清除表面破碎岩体后进行锚固，并在坡脚处修建挡墙;对坠落式危岩采取人工清除局部破碎岩体后挂主动防护网，并在坡脚修建挡墙措施;同时加强汛期地质灾害巡查，防患于未然。

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