北京公路地质灾害特点浅析—— 以兴阳线北京段公路为例

任凯珍 胡福根 孙旭 吕晓波

引言

北京市位于华北平原西北隅，总面积16410平方千米，其中山区面积10072平方千米，约占总面积的61.3%。由于地质地貌条件复杂、断裂构造发育、降雨时空不均等原因及人类工程活动影响，存在泥石流、崩塌、滑坡、采空塌陷等突发地质灾害隐患，是世界上突发地质灾害隐患较为发育的首都城市之一。

截至2022年5月31日，北京市共有突发地质灾害隐患近7000处，威胁居民点、道路、景区、中小学、矿山及水库等的安全，其中威胁道路的地质灾害隐患数量占地质灾害隐患总数量的六成，因此，道路沿线为北京市突发地质灾害防治工作的重点区域之一。

公路是一带状工程构造物，经过不同自然条件的地域，涉及多变的地质条件，地质灾害的发生对公路运营造成严重的影响，同时公路建设对周围环境的改变如果处理不当也会引发多种公路灾害，因此地质灾害防治对公路养护管理部门的减灾工作及灾害应急抢险有重要意义。据最新调查资料显示，北京道路沿线发育不稳定和欠稳定的崩塌隐患和滑坡隐患有3000余处，其中兴阳线（G234）隐患数量最多，占比约7%。因此，本文以兴阳线（北京段）为例分析了斜坡灾害发育的地形地貌、地层岩性、地质构造特征及其典型灾害案例，以期为北京公路沿线斜坡灾害精细防控提供依据。

兴阳线（北京段）地质环境概况

兴阳线从河北省兴隆县到广东省阳江市，南北纵跨河北、北京、河南、湖北、湖南、广东五省一市，代号国道G234。兴阳线（北京段）从密云北村进入北京界，往西过密云水库，从怀柔山中横穿到延庆永宁，然后往南穿过门头沟和房山，从房山张坊出北京，长300多千米。根据最新调查数据分析，北京境内兴阳线斜坡灾害隐患主要发育路段有10段，长度约139千米，斜坡灾害分布密度为2.7处/ 千米，主要分布在门头沟区潭柘寺、王平、雁翅，延庆区刘斌堡，怀柔区琉璃庙，密云区石城、太师屯、北庄、大城子一带（图1）。

图1 兴阳线（北京段）位置示意图

1. 地形地貌

北京地区地貌是由西、西北、北部山地和东南平原两大地貌单元组成，地貌类型主要为中山、低山、丘陵、山间盆地和平原。兴阳线穿越了上述所有地貌单元。通过对兴阳线斜坡灾害发育路段两侧1千米范围内的地貌单元面积统计发现，兴阳线斜坡灾害隐患主要发育在低山和丘陵地貌区，占比约八成（图2）。

图2 路段两侧1千米范围内不同地貌单元面积统计图

2. 地层岩性

北京地区属华北地层分区，除普遍缺失震旦系、奥陶系上统、志留系、泥盆系、石炭系下统、白垩系上统及第三系古新统外，从太古界的古老变质岩系直到第四系都有地层代表，而兴阳线（北京段）穿越了从太古界密云群至新生界第四系所有地层（图3）。

图3 近五年兴阳线规模大于100米斜坡灾害所在位置地质简图

通过对兴阳线斜坡灾害发育路段两侧1千米范围内的地层单元面积统计发现，兴阳线斜坡灾害隐患主要发育在太古代和元古代地层以及岩浆岩分布区，占比约七成，其次为中生代、古生代和新生代地层（图4）。

图4 路段两侧1千米范围内不同时代地层出露面积统计图

北京山区岩石类型多样，其节理裂隙发育，风化剥蚀强烈。夏季暴雨时节，陡坡残坡积层易形成垮塌；一些较坚硬的不稳定岩块则沿节理裂隙常形成斜坡灾害。

本次研究参照《工程地质手册（第四版）》中按岩石坚硬程度的定性分类，将北京岩土体划分为四类：坚硬岩、较坚硬岩、较软岩和其他岩。通过对兴阳线斜坡灾害发育路段两侧1千米范围内的岩石类型面积统计发现，兴阳线斜坡灾害隐患主要发育岩石类型为坚硬岩和较坚硬岩，占比约八成（图5）。

图5 路段两侧1千米范围内不同岩石类型面积统计图

3. 地质构造

北京地区大地构造位置处于中朝准地台燕山台褶带中段以及华北断坳之西北隅。自太古代以来，经历了多次构造变动和多阶段多旋回的地质构造演化。区域构造基本格架显示出早期的东西向或近东西向隆坳或褶皱断裂被后期的北东、北北东或近南北向褶皱断裂、断坳或断块所交切复合的特点。在压力、张力等作用下，构造复合部位岩体遭受严重破坏，易发生垮塌。

本次研究根据断裂分布密度，将北京地质构造发育程度分为四类，即强烈、较强烈、中等、弱。通过对兴阳线斜坡灾害发育路段两侧1千米范围内区域统计发现，兴阳线斜坡灾害隐患在构造发育程度为强烈、较强烈和中等区的占比约为五成（图6）。

图6 路段两侧1千米范围内构造发育区面积统计图

典型灾害体形成机制

据统计，近五年兴阳线（北京段）共发生了4起规模在100平方米以上的斜坡灾害，分布在怀柔区琉璃庙镇兴阳线G234 K128至K146之间，发育地层岩性为太古界变质岩和燕山期片麻状花岗岩体；构造为崎峰茶—琉璃庙断裂和青石岭断裂。崎峰茶—琉璃庙断裂经历了多期活动，有较复杂的相对运动和变形过程，派生了一系列次级北东向及北西向小型断裂，其北东端与青石岭断裂相接。青石岭断裂由南至北呈近南北向展布于云蒙山岩体西部。

1.兴阳线G234 K132滑坡

该滑坡体位于公路东侧山坡，坡向280°，修路切坡导致坡体下部坡度变陡，坡度为55°，自然坡度为25°。坡体地层岩性为太古界黑云角闪斜长片岩、黑云角闪变粒岩和黑云二长变粒岩，片理产状为300°∠30°，中等风化。该处主要发育的两组节理产状为100°∠70°、190°∠75°。在以上三组结构面的切割下形成了该滑坡体。

2018年7月14日至17日，该处累计降雨量超过200毫米，雨水沿着裂隙渗入滑坡体，致使滑面抗滑力降低，在自重力的作用下，该滑坡体于7月17日至21日失稳，造成50米长路面、1个路牌、多棵树木损坏，交通中断，体积约为0.4万立方米（图7、图8）。

图7 2018年7月21日兴阳线G234 K132滑坡

图8 兴阳线G234 K132滑坡范围示意图

2. 兴阳线G234 K128崩塌

该崩塌体所在坡体坡向300°、坡度约75°，位于云蒙山一带片麻状花岗岩体，该岩体为燕山晚期岩浆侵入的产物。该处发育三组节理，节理产状分别为60°∠82°、270°∠39°、350°∠85°，将坡体切成块状。

2021年7月12日至16日该处连续降雨，雨水沿节理裂隙入渗至结构面，抗滑力下降，在重力作用下发生失稳，导致交通中断（图9）。

图9 兴阳线G234 K128崩塌结构面分布示意图

另外2021年7月13日和20日，兴阳线还发生了两处崩塌（图10），崩塌原理与K128类似。

图10 2021年7月20日兴阳线G234 K142崩塌

结论

通过对兴阳线（北京段）斜坡灾害发育区地形地貌、地层岩性、地质构造以及典型斜坡灾害分析可得出：

（1）该路段沿线斜坡灾害隐患主要发育在丘陵、低山地貌区，相对高差小，因此灾害规模以小型为主；

（2）该路段斜坡灾害隐患发育的地层岩性为太古代和元古代地层以及岩浆岩分布区，岩石类型主要以坚硬岩和较坚硬岩为主，因此灾害类型以岩质崩塌为主；

（3）兴阳线斜坡灾害隐患主要分布在断裂发育程度为中等至强烈区的斜坡，灾害隐患占比仅五成，其结构面主要以节理面和岩层层面为主。

基于以上结论，在兴阳线（北京段）斜坡灾害防治研究中，应重点关注坚硬岩和较坚硬岩沿着节理面或层理构造面失稳的力学机理。