八仙山巡护、科考线路地质灾害特征及危险性评估

贾超，詹健，车路宽，刘禧超，肖飞

（天津市地质研究和海洋地质中心，天津 300170）

0 引言

八仙山国家级自然保护区位于天津市蓟州境内，距蓟州城东北30公里，东邻金碧辉煌的清东陵，西接巍峨壮观的黄崖关长城，南濒碧波荡漾的翡翠湖，北依雄奇险秀的雾灵山，属于世界濒危与国家保护的动、植物100余种，还生息、繁衍着华北其他地区已经稀少的物种。八仙山自然保护区是中国暖温带保存完好、结构完整的落叶阔叶林生态系统和暖温带植被类型的典型代表，是生物多样性指数较高的地区和一些生物种质基因库（丛明旸等，2013）。

八仙山具有较大的科学考察价值，经常会有周边大学和科研团体来考察学习，是重要的研究学习基地。八仙山管理局每年定期对八仙山进行巡护工作，包括清危排险、道路养护、防火、育林边坡防护等。为了保护巡护和科考人员生命财产安全，天津华北地质勘查局地质研究所针对保护区入口至骆驼脖子山山脚巡护、科考线路沿线进行了地质灾害危险性评估（贾超等，2020①），依托本次评估工作，笔者对研究区进行了现场踏勘、调查，初步查明了地质灾害点分布、规模及发生发育过程，分析了诱发地质灾害的主要因素，对研究区进行了危险性分区，提出了地质灾害的防治措施，为消除地质灾害隐患和下一步深入治理提供依据。

1 地质环境条件

1.1 地形地貌

研究区位于蓟州北部，地貌类型属于构造剥蚀中低山丘陵区。研究区整体为黑水河沟，地形从聚仙峰山顶向南降低。最高点位于聚仙峰山顶，高程为1046.8 m，最低点位于八仙山售票处，高程为260.0 m，地面相对高差786.8 m，地形复杂，地面坡度以大于30°为主。此外，研究区及周边发育沟谷、河谷、小型冲沟、陡崖等微地貌，地貌类型多样（图1）。

图1 研究区三维图

1.2 地层构造

八仙山位于蓟州区北部山区，根据《中国区域地质志·天津志》（天津市地质环境监测总站，2017）介绍，八仙山区域上位于中朝准地台燕山台褶带南缘，马兰峪复背斜的南西翼，构造形态相对复杂。出露的地层主要为太古宇角闪斜长片麻岩，元古界长城系常州沟组一段砂砾岩和二段石英砂岩、串岭沟组一段页岩及第四系冲洪积物（图2）。

图2 研究区地质图（据《天津市地质环境图集》（天津市地质矿产局，2004））

研究区地质资料丰富，天津市地质调查研究所在1990编写的《天津蓟县黄崖关幅等1∶5万区域地质调查报告》（田树信，1990②）和天津市地质环境监测总站在2013年编写的《天津市蓟县北部山区1∶5万地质灾害调查评价报告》（卢长军等，2013③），对研究区地质条件作了详细介绍。太古宇角闪斜长片麻岩（Argn）北西向条带状分布于评估区北端，片麻理走向近南北，略偏北西向，倾角一般大于80°，在表面上总体呈单斜层理的样式，局部见小型褶皱。长城系常州沟组一段主要分布于研究区东北，为一套紫红色、浅红色砾岩、砂砾岩为主，夹含砾粗砂岩、石英砂岩，岩层倾向200°～210°，倾角30°～40°，角度不整合于太古宇角闪斜长片麻岩之上。长城系常州沟组二段主要分布于研究区西南，以灰白、白、淡红色厚、中厚层石英砂岩为主，夹细砾岩、砂岩，岩层倾向210°～220°，倾角40°～50°，局部地段岩层产状因断裂或小型褶皱变化较大。长城系串岭沟组一段分布于研究区北侧，为一套暗灰绿、深灰、黑色粉砂质页岩夹棕黄色砂岩，岩层倾向210°～230°，倾角30°～50°，与下伏常州沟组整合接触。

研究区及附近断层较发育（曹忠权等，1982；姬广义等，2005），断层产状复杂，性质多样、呈多期活动特点，按照主要成形期或活动期可分为早、晚两个断层群。研究区内主要为早期断层群，主要受区域上东西向褶皱群影响，以近直立逆断层为主，走向北西，倾角70°～85°。研究区西侧黄崖关断裂带为晚期逆断层群，与区域上南北向褶皱群相应，走向北北东，倾角60°～70°。

1.3 工程地质条件

研究区位于蓟州最北部的构造侵蚀中低山区，出露的地层岩性为长城系常州沟组一段的紫红、浅紫红色砾岩、砂砾岩为主，夹含砾粗砂岩、石英砂岩，上覆第四系残坡积碎石、砂土。工程地质层可分为中厚层坚硬石英砂岩中等风化岩组和松散岩类工程地质岩类。

1.3.1 中厚层坚硬石英砂岩中等风化岩组

岩性主要为长城系常州沟组一段砂砾岩和二段石英砂岩，岩层整体为倾向南西的单斜构造，结构稳定，岩石较坚硬，强度高，但由于地壳抬升及构造活动影响，局部形成陡崖峡谷地貌，岩石遭受风化剥蚀，强度有所降低，裂隙发育，透水性增加，为地质灾害的形成创造了条件。

受北西向逆断层影响，断裂带附近岩石破碎严重，节理、裂隙发育，强度低，易风化。风化后强度进一步降低，遇水易出现软化、泥化作用，降低山体或边坡稳定性，易发生较大规模的崩塌和滑坡。

1.3.2 松散岩类工程地质层

主要分布于坡度较小的沟谷处的残坡积物，岩性较复杂，由颗粒较大的碎石土至颗粒较细粘性土均有分布，厚度一般30～80 cm。

1.4 水文地质条件

研究区内变质岩和砂砾岩、石英砂岩含水性质基本相同。基岩裂隙含水岩组主要岩性为石英岩状砂岩、含砾砂岩、砾岩、斜长角闪片麻岩等。地表裂隙发育，深度一般10～30 m，含水不均，富水性差，局部断裂构造发育构成小的富水区，单井涌水量小于500 m3/d，水化学类型为HCO3-Ca型，矿化度小于0.07～0.13 g/L（图3）。

图3 研究区区域水文地质图（据《天津市地质环境图集》（天津市地质矿产局，2004））

1.5 人类活动

八仙山作为天津市植被最为丰富，自然资源保持完好的保护区，历史上吸引了大批国内外专家学者来此开展地质、植被等科考研究工作，为保证人员安全，保护区在人员考察沿途和遗迹局部点位做过道路修建，边坡整治、灾害治理等工作，但由于沿线地形复杂、岩石节理裂隙发育，岩层切割破碎部分地段比较严重，在极端天气、地震等因素影响下，易出现崩塌、滑坡等地质灾害。

2 地质灾害类型与发育特征

2.1 地质灾害类型

八仙山自然保护区位于蓟州北部山区，属地质灾害易发区（张全等，2003④；傅炳海等，2004⑤），地形地貌类型为构造剥蚀低山丘陵区，区内相对高差786 m。出露的岩性主要为碎屑岩，褶皱、断层发育，节理裂隙等较发育，岩石较破碎。地表植被发育，草木繁茂。通过对研究区地质环境条件分析，结合现场实地调查，研究区存在的主要地质灾害灾种为崩塌、滑坡。

2.1.1 崩塌

根据现场调查，研究区内现状发育崩塌（危岩）地质灾害，主要分布在工程线路劈坡一侧以及局部突耸的高陡坡面，前者为修路人为挖坡形成，后者为构造、风化等形成的孤耸危岩及陡崖，二者在降水、融雪、树木根劈、人为扰动等诱发因素下发生崩塌。

根据各危岩体节理和裂隙发育情况，岩石完整性等特征以及各结构面赤平投影对其进行定性分析，在此基础上做出稳定性评价并预测稳定性发展趋势，对边坡进行稳定性分析评价，结论如下：自然状态下节理发育不完全时岩体基本稳定，当三组主控节理贯通并与产状相连通时切割体处于不稳定状态而且此状态并不受边坡倾向影响，坡面与产状顺向时易形成牵引或倾倒式崩塌，坡面与产状垂直时易产生倾倒式崩塌，坡面与产状相反时易形成坠落式崩塌。

（1）由于坡面和产状倾向相反，整体坡面稳定，但由于长期风化造成下部压裂严重的坡面先风化，从而形成临空面，当主控节理贯通坡面以后形成不稳定的切割体，当切割体遭受风化、雨雪作用、冷热变化等沿节理破碎坠落，形成坠落式崩塌（图4～5）。因此类地形易形成高陡边坡，具有坠落高度高，落石能量大、冲击强的特点。研究区内典型点位：入口桥头、万卷天书、一线天、骆驼峰、聚仙峰。

图4 坡面和产状倾向相反情况下落石示意图

图5 坡面和产状倾向相反情况下稳定性分析图

（2）由于坡面和产状倾向正交，整体坡面稳定且抗剪能力极强，本次调查范围内这类边坡是整个保护区内相对稳定的，但不排除在个别负地形存在的部位由于雨雪作用、冷热变化等沿节理破碎坠落，形成坠落式崩塌（图6～7）。调查范围内典型点位：研究区内北东向贴崖壁道路、天梯。

图6 坡面和产状正交情况下落石示意图

（3）由于坡面和产状倾向同向，在层间有软弱夹层或有易溶于水的层间填充物存在时整体坡面不稳定，当主控节理贯通坡面并与产状贯通后形成不稳定的切割体，当切割体遭受风化、雨雪作用、冷热变化等产状面滑落，形成滑坡或牵引式崩塌（图8～9）。因此类地形在历史上大多已滑塌，故目前这类地形高度相对较低，但一旦发生灾害危害程度最大。调查范围内典型点位：研究区入口东侧、南北向道路东侧。

2.1.2 滑坡

研究区为典型砂岩单斜构造，故地质灾害的形成与地形坡型关系极大（李健雄等，2018；肖飞和殷明文，2020），从保护区入口—骆驼峰为典型的V形谷，滑坡地质灾害易发区集中在评估区入口北侧、南北向线路东侧，此类坡面和产状倾向同向，在层间有软弱夹层或有易溶于水的层间填充物存在时整体坡面不稳定，当主控节理贯通坡面并与产状贯通后形成不稳定的切割体，当切割体遭受风化、雨雪作用、冷热变化等产状面滑落，形成滑坡（图8）。

图7 坡面和产状正交情况下稳定性分析图

图8 坡面和产状倾向相同情况下落石示意图

2.2 地质灾害发育特征

2.2.1 突发性与缓变性地质灾害并存、危害性大

崩塌、滑坡等灾害一般具有突发性的特点（刘振辉，2014），多数发生在汛期特别是暴雨天气，其发育强度、密度和频率与降雨量呈正相关，防范较为困难。研究区两侧边坡高差大，坡度陡，岩石节理、裂隙极其发育，岩体局部破碎严重，威胁过往行人及车辆安全。

2.2.2 灾害发生时间及空间上具随机性

地质灾害的本质是地质体在各种因素作用下发生失稳、变形及运动形成致灾体并作用于受灾对象，从而造成灾害的地质过程（杨予生等，2019）。由于致灾体的变形破坏受控于多种不确定因素，因此决定了地质灾害的发生具有随机性的特点，为地质灾害的防治工作增加了难度。。

3 地质灾害危险性分区

在综合分析各区地质灾害危险性的基础上，按照“区内相似、区际相异”的原则对相关的区段进行优化、合并，最终确定研究区地质灾害综合分区评估。

天津八仙山国家级自然保护区巡护、科考线路在1段、2段、3段、4段、5段、6段、7段、8段、11段、13段、14段地质灾害危险性大，安全性差；在12段地质灾害危险性中等，安全性基本安全；在9段、10段地质灾害危险性小，安全性安全（图10）。

图9 坡面和产状倾向相同情况下稳定性分析图

4 防治措施

地质灾害的防治应本着“以防为主，避让与防治相结合”的原则，掌握时机，及早治理。针对地质灾害的类型、特点、发育强度、危险程度，区别对待，因地制宜，因灾设防。防治措施应符合可行性、合理性、经济性的原则。

根据综合评估结果，将评估区防治措施等级划分为一般防治区（中低风险路段）和重点防治区（危险性大路段）。

4.1 一般防治区防治建议

一般防治区地质灾害防治应以预防为主，严禁进行挖方、填方作业，避免形成新的地质灾害隐患，引发或加剧现已存在的崩塌地质灾害。

严禁顺向切坡。施工期间，采取合理、科学的措施避免产生过大机械振动，从而引发或加剧现有崩塌地质灾害，造成不必要的人员伤亡和财产损失，施工中应严格做好施工检验工作。

加强排水工程，设置合理的排水系统防止水流下渗，同时防止地表水对坡脚冲刷。

对于崩塌体体积较小，仅在雨后才有坠石、剥落和小型崩塌的地段，可在坡脚或半坡上设置拦截构筑物。如设置落石平台和落石槽以停积崩塌物质，修建挡石墙以拦坠石。

4.2 重点防治区防治建议

重点防治区不仅要实施一般防治区的防治措施，还要采取以下手段。

对已存在的崩塌体，应做好警示标志，必要时清理表层的危岩和险石，设立围挡设施进行防范。

对地质灾害危险性大区的边坡，应聘请符合相应等级的地质灾害勘查、设计、施工资质要求的单位和专业人员依据不同的边坡类型有针对性地做好边坡稳定性论证和边坡防护设计、排水工作，以保证该区域内人员的安全。

边坡治理工程施工期间及治理完成后，应加强地质灾害监测，借助地质灾害测量仪器以及人为定期巡查，对重点线路的边坡（危险性大路段）及有碎石堆积分布的长期进行重点监测。

注 释

①贾超,詹健,车路宽.2020.天津八仙山国家级自然保护区巡护、科考线路地质灾害危险性评估报告[R].天津华北地质勘查局地质研究所.

② 田树信.1990.天津蓟县黄崖关幅等1∶5万区域地质调查报告[R].天津市地质调查研究所.

③卢长军,王凤山,卢煜文,张洪来,郑武利,等.2013.天津市蓟县北部山区1∶5万地质灾害调查评价报告[R].天津市地质环境监测总站.

④ 张全,周志勇,文秀明,李学宁.2003.天津市蓟县地质灾害调查与区划报告[R].天津市地质环境监测总站.

⑤ 傅炳海,解承祥,牛修俊.2004.天津市地质灾害防治规划（2004年—2020年）[R].天津市地质环境监测总站.