北京門頭溝主干公路沿線不穩(wěn)定邊坡的分布特征及成因分析

趙忠海

（北京市地質(zhì)研究所，北京 100120）

1 引言

門頭溝區(qū)位于北京西部，距市區(qū)24 k m。其北與昌平區(qū)、河北省懷來(lái)縣為鄰；西與河北省涿鹿縣、淶水縣交界；南與房山區(qū)、豐臺(tái)區(qū)相連；東與海淀區(qū)、石景山區(qū)接壤?？偯娣e約1 455 k m2，其中98.5%為山地，平原面積僅占1.5%。區(qū)內(nèi)交通發(fā)達(dá)，有2條國(guó)道，4條市道，32條縣道，此外還有鄉(xiāng)、村道路200余條，總里程達(dá)970 k m，大部分屬于山區(qū)公路。由于修建時(shí)開(kāi)挖和削坡嚴(yán)重，沿途留下了許多人工邊坡。加之途經(jīng)區(qū)的地形地貌復(fù)雜多變，地層巖性剛?cè)醪痪?，地質(zhì)構(gòu)造較為發(fā)育，故地質(zhì)災(zāi)害較為發(fā)育，地質(zhì)災(zāi)害隱患較多，其中尤以不穩(wěn)定邊坡最為嚴(yán)重（圖1）。

本文在門頭溝區(qū)主干公路崩塌災(zāi)害隱患勘查工作基礎(chǔ)上，對(duì)區(qū)內(nèi)G108國(guó)道、G109國(guó)道、S219市道（南雁路）以及X002（妙峰山景區(qū)公路）和X013（靈山景區(qū)公路）縣道等公路沿線的邊坡進(jìn)行了詳細(xì)調(diào)查，對(duì)其穩(wěn)定性及破壞類型進(jìn)行了分析和評(píng)價(jià)，并在此基礎(chǔ)上，對(duì)公路沿線的不穩(wěn)定邊坡的分布特征及成因進(jìn)行了分析和探討。

2 不穩(wěn)定邊坡的分布特征

圖1 門頭溝主干公路沿線不穩(wěn)定邊坡分布圖

本次工作對(duì)門頭溝區(qū)內(nèi)G 1 0 8國(guó)道、G 1 0 9國(guó)道、S219市道（南雁路）以及X002（妙峰山景區(qū)公路）和X013（靈山景區(qū)公路）縣道等5條主干公路沿線的473處邊坡進(jìn)行了詳細(xì)調(diào)查，并采用赤平投影法、極限平衡法以及數(shù)值模擬法等對(duì)上述邊坡的穩(wěn)定性及破壞類型進(jìn)行了評(píng)價(jià)和分析，共確定不穩(wěn)定邊坡156處，其潛在變形和破壞類型以崩塌和落石為主，此外還有傾倒、滑塌、錯(cuò)落及坍塌等（圖2）。

有關(guān)上述不穩(wěn)定邊坡的主要特征見(jiàn)表1［1]。

從表1可以看出，門頭溝主干公路沿線的不穩(wěn)定邊坡的坡高多在10 m以上，坡角多大于45°，地層巖性以灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖、灰質(zhì)白云巖、火山巖（主要為集塊巖、角礫熔巖、安山巖、玄武巖及凝灰?guī)r等）以及巖漿巖為主，坡體內(nèi)多發(fā)育3組及3組以上的結(jié)構(gòu)面，邊坡潛在的變形和破壞類型以崩塌和落石為主，且規(guī)模不大，多為小型崩塌隱患。

3 不穩(wěn)定邊坡的成因分析

影響邊坡穩(wěn)定性的主要因素有坡高、坡角、地層巖性以及坡體結(jié)構(gòu)等，此外降雨、地震以及人類工程活動(dòng)等其他因素也會(huì)對(duì)邊坡的穩(wěn)定性產(chǎn)生較大影響。

3.1 坡高和坡角

圖2 門頭溝區(qū)主干公路沿線不穩(wěn)定邊坡潛在變形和破壞類型

不同的坡高與坡角對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響不同。一般情況下，坡角較緩時(shí)，穩(wěn)定的邊坡高度較大；坡角較陡時(shí)，穩(wěn)定的邊坡高度會(huì)降低。一般來(lái)說(shuō)，在其他條件相同的情況下，坡度和坡角越大，邊坡失穩(wěn)的可能性就越大。

本次工作對(duì)G108國(guó)道及X002縣道98處邊坡的坡高、坡角及其穩(wěn)定性做了相關(guān)性分析（圖3），從中可以看出不穩(wěn)定邊坡的坡角均大于50°，坡高多大于10 m，故根據(jù)散點(diǎn)圖上邊坡投影點(diǎn)的分布趨勢(shì)，可大致繪出不穩(wěn)定邊坡的坡高與坡角條件的邊界方程：φ＝52.5（左邊界）和h＝－0.2φ＋21（底邊界）。在直線φ＝52.5右側(cè)、h＝－0.2φ＋21上方的區(qū)域，為不穩(wěn)定邊坡區(qū)，其他區(qū)域?yàn)榉€(wěn)定邊坡區(qū)。

表1 主干公路沿線不穩(wěn)定邊坡的主要特征

圖3 G108和X002公路沿線邊坡坡高和坡角及其穩(wěn)定性的關(guān)系

3.2 地層巖性

地層巖性是邊坡組成的物質(zhì)基礎(chǔ)，是影響邊坡穩(wěn)定的重要因素。通常由灰?guī)r、白云巖等硬度較大、抗風(fēng)化能力較強(qiáng)的地層巖性所組成的邊坡有著較高的坡高和較大的坡角，如果節(jié)理發(fā)育，很容易發(fā)生邊坡變形和破壞，形成崩塌等地質(zhì)災(zāi)害；由砂巖、頁(yè)巖及復(fù)成分礫巖等硬度較低或抗風(fēng)化能力較弱的地層巖性所組成的邊坡的坡高一般較低，坡角一般較小，除非以軟硬互層的形式出現(xiàn)，一般不易發(fā)生邊坡變形和破壞，形成崩塌等地質(zhì)災(zāi)害；而由集塊巖、角礫熔巖、安山巖、玄武巖及巖漿巖等硬度較大、原生節(jié)理發(fā)育的地層巖性所組成的邊坡坡高較高，坡角較大，坡面凹凸不平，坡體中裂隙發(fā)育，通常易于發(fā)生邊坡變形和破壞，形成崩塌等地質(zhì)災(zāi)害［2]。

本次工作所確定的156處不穩(wěn)定邊坡中，由灰?guī)r或白云巖組成的邊坡56處，占不穩(wěn)定邊坡總數(shù)的35.9%；由集塊巖、角礫熔巖、安山巖、玄武巖及巖漿巖等組成的邊坡68處，占不穩(wěn)定邊坡總數(shù)的43.6%（圖4）。

圖4 不同巖性組成的不穩(wěn)定邊坡的數(shù)量對(duì)比

3.3 坡體結(jié)構(gòu)

坡體結(jié)構(gòu)是指坡體中的結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體的大小、形狀及組合形式，是邊坡變形和破壞的控制因素之一。坡體中節(jié)理、裂隙等結(jié)構(gòu)發(fā)育，結(jié)構(gòu)面較多，組成坡體的地層巖性的完整性就差，整體強(qiáng)度就會(huì)大大降低，坡體就容易發(fā)生變形和破壞，形成崩塌等地質(zhì)災(zāi)害。

本次工作所確定的156處不穩(wěn)定邊坡中，除6處土質(zhì)邊坡中未見(jiàn)明顯的結(jié)構(gòu)面外，其余150處坡體中均發(fā)育1組或多組不同方向的結(jié)構(gòu)面。其中發(fā)育1組結(jié)構(gòu)面的坡體只有1處，發(fā)育2組結(jié)構(gòu)面的坡體有15處，發(fā)育3組及3組以上結(jié)構(gòu)面的坡體有134處。由此可知，對(duì)于巖質(zhì)邊坡，其坡體結(jié)構(gòu)越發(fā)育，結(jié)構(gòu)面越多，邊坡發(fā)生變形和破壞的可能性就越大。

3.4 其他因素

除了坡高、坡角、地層巖性以及坡體結(jié)構(gòu)等邊坡自身因素外，降雨、地震以及人類工程活動(dòng)等外部因素對(duì)邊坡的變形和破壞也具有較大的影響。其中降雨會(huì)使巖土體軟化，質(zhì)量增大，還會(huì)產(chǎn)生動(dòng)水壓力和靜水壓力，使其抗剪強(qiáng)度降低；地震會(huì)破壞巖土體的完整性，使其強(qiáng)度降低，抗滑力削弱；人類工程活動(dòng)會(huì)改變坡體的天然形態(tài)、坡體結(jié)構(gòu)以及坡體內(nèi)的應(yīng)力分布特征，使其穩(wěn)定性遭到破壞?？傊鲜鲆蛩貢?huì)加速和加劇邊坡的變形和破壞，并會(huì)對(duì)坡體變形和破壞的方式和類型產(chǎn)生較大影響。

4 結(jié)語(yǔ)

本文在門頭溝區(qū)主干公路崩塌災(zāi)害隱患勘查工作基礎(chǔ)上，對(duì)區(qū)內(nèi)G108國(guó)道、G109國(guó)道、S219市道以及X002和X013縣道等公路沿線邊坡的穩(wěn)定性及破壞類型進(jìn)行了分析和評(píng)價(jià)，通過(guò)分析不穩(wěn)定邊坡的主要特征及其影響因素，對(duì)區(qū)內(nèi)主干公路沿線不穩(wěn)定邊坡的分布特征及成因進(jìn)行了分析和探討。認(rèn)為坡高、坡角、地層巖性、坡體結(jié)構(gòu)等邊坡自身因素以及降雨、地震及人類工程活動(dòng)等外部因素是導(dǎo)致邊坡變形和破壞的主要影響因素。

［1]北京市地質(zhì)研究所.門頭溝區(qū)主干公路崩塌災(zāi)害隱患勘查報(bào)告［R].2011：10－63

［2]李紅旭，盛謙，張勇慧.山區(qū)公路邊坡地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)庫(kù)及統(tǒng)計(jì)分析［J].防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)報(bào)，2011，31（6）：675－681