北京紅星村危巖發(fā)育特征與穩(wěn)定性評(píng)價(jià)研究

王詵 高麗輝 李存金 吳蔚 張春雷

摘 要：紅星村處于北京市北西部的低山地帶，區(qū)內(nèi)山巒起伏，巖石裸露，主要為一套中-深變質(zhì)巖，區(qū)內(nèi)節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖石表面破碎，降雨具有不均衡的特點(diǎn)，在暴雨作用下巖石易脫離母巖沿邊坡掉落，本文通過激射赤平投影對(duì)邊坡坡向及結(jié)構(gòu)面相互作用進(jìn)行分析，從而直觀的表現(xiàn)出結(jié)構(gòu)面和坡向空間上的作用關(guān)系，邊坡主要受三組結(jié)構(gòu)面控制，節(jié)理2切割作用明顯，節(jié)理1與節(jié)理2的交點(diǎn)位于邊坡投影弧的同側(cè)，結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，在節(jié)理1、節(jié)理2相互作用切割破碎的巖體，易沿邊坡滑移、掉落，破壞方式主要為墜落式兼傾倒式;結(jié)合危巖穩(wěn)定性的定量分析，確定危巖體在自然工況下為欠穩(wěn)定狀態(tài)，在暴雨、地震工況下為不穩(wěn)定狀態(tài)，通過對(duì)危巖體穩(wěn)定性分析為邊坡的防護(hù)與治理提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：崩塌;裸巖;結(jié)構(gòu)面;工況;穩(wěn)定性

中圖分類號(hào)：P642.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）13-0149-02

0 引言

崩塌落石是常見的地質(zhì)災(zāi)害，是山區(qū)三大地質(zhì)災(zāi)害之一[1]，邊坡落石經(jīng)常發(fā)生在地形陡峭的山區(qū)地帶，雖然其規(guī)模較小，但具有突發(fā)性高、隨機(jī)性強(qiáng)的特點(diǎn)所以常對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施和建筑物帶來危害，甚至危及災(zāi)害區(qū)人們的生命與財(cái)產(chǎn)，我國(guó)的崩塌落石災(zāi)害有著明顯的區(qū)域性，主要分布在西南地區(qū)，北部地區(qū)部分山區(qū)主要受人為修路等作用影響，存在局部崩塌隱患，如2018年8月10日房山區(qū)大安山地區(qū)曾發(fā)生大面積的崩塌，道路被滾石砸斷，雖未造成人員傷亡，但對(duì)災(zāi)害的預(yù)警和防治迫在眉睫，胡厚田[1]收集并分析了我國(guó)鐵路沿線的崩塌落，了解了崩塌落石的形成條件和產(chǎn)生機(jī)理陳洪凱等認(rèn)為危巖落石形成包括內(nèi)因和外因兩方面[2]，其中內(nèi)因有軟硬相間的地層組合、陡峻的地形及強(qiáng)烈的卸荷作用，而外因則包括裂隙水壓力和地震作用，因此如何對(duì)崩塌落石的形成機(jī)制、運(yùn)動(dòng)特性、穩(wěn)定性評(píng)價(jià)進(jìn)行有效的判斷，進(jìn)而采取有效的工程防護(hù)措施[3，7，9]，是山區(qū)經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的亟待解決的問題[5]。本文從危巖的形成、發(fā)展及穩(wěn)定性進(jìn)行研究。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)地處華北平原與燕山山脈的過渡地帶，境內(nèi)山巒起伏，東、西、北三面群山連綿，中部低緩，西南開闊，海拔在300-700米之間，屬低山地貌[1];出露巖石類型以中-高級(jí)變質(zhì)巖為主，主要有片巖、變粒巖，變質(zhì)原巖主要以基性-中性火山巖為主，成層性好，巖石堅(jiān)硬，抗風(fēng)化能力強(qiáng)。區(qū)內(nèi)地層巖性單一，產(chǎn)狀穩(wěn)定，未見明顯破碎帶等構(gòu)造現(xiàn)象[7]，整體較為穩(wěn)定，但距張家墳─山神廟斷裂距離較近，受區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力影響，節(jié)理裂隙較為發(fā)育;區(qū)內(nèi)屬暖溫帶季風(fēng)型大陸性半濕潤(rùn)半干旱氣候區(qū)，夏季炎熱多雨，年際降雨量懸殊，年內(nèi)降雨量不均衡，降雨主要集中在7、8月份，多見短時(shí)暴雨，節(jié)理裂隙的高陡變坡，雨水灌入裂隙，增加了裂隙的靜壓力，加之風(fēng)化作用，易引起邊坡掉塊及局部垮塌[7-10]。

2 危巖體分布及結(jié)構(gòu)特征

2.1 危巖體規(guī)模與分布

研究區(qū)呈南側(cè)高，北側(cè)略低態(tài)勢(shì)，邊坡長(zhǎng)度約為90m，邊坡走向170°，相對(duì)高差23m，邊坡呈近直立狀，巖體表面0.1-0.4m厚度范圍內(nèi)部分已成碎塊狀，坡腳處可見掉落的塊石，邊坡呈陡崖狀，研究區(qū)內(nèi)基巖裸露，巖體在節(jié)理、裂隙等構(gòu)造作用切割下，破碎成危巖塊體，地表可見崩塌的碎石，根據(jù)危巖、浮石的分布情況，區(qū)內(nèi)共圈定兩處危巖體。

區(qū)內(nèi)東側(cè)危巖呈條帶狀，西側(cè)呈片狀分布，危巖體長(zhǎng)為10-22m，寬為6-15m，厚度0.6 -1.2m，巖性為黑云母片巖，受區(qū)域應(yīng)力影響，節(jié)理裂隙較為發(fā)育，共發(fā)育三組結(jié)構(gòu)面。①組層理面：為巖層產(chǎn)狀結(jié)構(gòu)面，該組結(jié)構(gòu)面是黑云母片巖一組面理，產(chǎn)狀55°∠28°，層理面與坡面反向發(fā)育，裂隙內(nèi)大部分無充填，植被較不發(fā)育。②組為節(jié)理面1：該組節(jié)理由多個(gè)平行節(jié)理面構(gòu)成該組節(jié)理。節(jié)理面平直，節(jié)理裂隙寬度：2-20cm，無充填。節(jié)理延伸距離不遠(yuǎn)，節(jié)理斷續(xù)延伸，不連續(xù)貫通，密度：1-3條/m。產(chǎn)狀：310°∠75°。③組為節(jié)理面2：該節(jié)理面順坡發(fā)育，呈微張狀，較為平直，節(jié)理延伸距離不遠(yuǎn)，節(jié)理密度：2-4條/m，產(chǎn)狀：235°∠80°。

2.2 危巖體結(jié)構(gòu)特征及破壞方式

區(qū)內(nèi)危巖體整體巖層產(chǎn)狀、節(jié)理裂隙發(fā)育狀態(tài)及產(chǎn)狀基本相似。構(gòu)造結(jié)構(gòu)面為巖體中最主要的結(jié)構(gòu)面，巖體節(jié)理裂隙較為發(fā)育，裂隙張開0.5-5cm，較順直光滑，節(jié)理1為順坡向節(jié)理，將巖體切割成厚板狀，巖體后緣裂隙較為發(fā)育，部分巖體脫離母巖，支撐點(diǎn)為巖體后緣與母巖的連接處，由于早期部分巖體掉落，部分巖體呈弱凹腔狀，節(jié)理2斜穿坡面，與節(jié)理1斜交，層理產(chǎn)狀與坡向呈逆向，在層理與節(jié)理3組結(jié)構(gòu)面共同作用下，巖體表面破碎，當(dāng)節(jié)理面的鎖固面貫通時(shí)巖體巖體沿邊坡滑落。根據(jù)危巖的特征和變形破壞機(jī)制，現(xiàn)根據(jù)危巖崩塌的運(yùn)動(dòng)特征，所以易于發(fā)生墜落式兼傾倒式崩塌，且崩塌的塊碎石直徑為0.2-0.8m，在暴雨或地震等誘發(fā)作用下，斜坡上的危巖體將向下滑動(dòng)滾落，形成崩塌。

3 危巖體穩(wěn)定性分析

3.1 宏觀穩(wěn)定性分析

根據(jù)節(jié)理裂隙的發(fā)育特征及分布狀態(tài)繪制了赤平投影圖，邊坡主要受一組層理和兩組節(jié)理三組結(jié)構(gòu)面控制，節(jié)理2切割作用明顯，危巖體所在的邊坡傾向與巖層傾向相反，屬較穩(wěn)定結(jié)構(gòu);節(jié)理1與節(jié)理2的交點(diǎn)位于邊坡投影弧的同側(cè)，說明邊坡傾向與組合線傾向相同，坡面傾角與相交線傾角相似，結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，在節(jié)理1、節(jié)理2相互作用切割破碎的巖體，易沿邊坡滑移、掉落，如圖1。

該邊坡穩(wěn)定性破壞模式為：節(jié)理1順層發(fā)育，將巖體切割成板狀，在與坡面呈逆向發(fā)育的層理和節(jié)理2作用下，巖體破碎，在風(fēng)化作用下裂隙逐漸進(jìn)一步發(fā)育，當(dāng)裂隙沿巖體貫通時(shí)，塊石掉落。

3.2 危巖穩(wěn)定性的定量分析

根據(jù)赤平投影分析及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查測(cè)量，紅星村研究區(qū)所在坡體破壞模式主要為墜落式，局部?jī)A倒式，針對(duì)墜落式破壞計(jì)算采用《工程地質(zhì)手冊(cè)》（第四版）中推薦的計(jì)算模型進(jìn)行分析，計(jì)算危巖體的穩(wěn)定系數(shù)F，進(jìn)行定量評(píng)價(jià)。墜落式危巖體計(jì)算模型如圖2。

3.3 危巖體發(fā)展變化趨勢(shì)

通過詳細(xì)的野外調(diào)查和分析，在研究區(qū)內(nèi)危巖體數(shù)量、規(guī)模不大，邊坡局部分布孤石、浮石，由于坡體巖體受節(jié)理裂隙作用，并遭受到長(zhǎng)期的風(fēng)化作用，紅星村委會(huì)崩塌隱患點(diǎn)在順坡向發(fā)育的節(jié)理作用下，巖體順坡向呈中-厚板狀，在層理于多組節(jié)理共同作用下，坡面存在松動(dòng)石塊，部分區(qū)域由于石塊掉落，部分巖體底部懸空，巖體狀態(tài)呈弱凹腔狀;紅星村委會(huì)西側(cè)研究區(qū)內(nèi)，危巖體受節(jié)理共同作用，面層裂隙發(fā)育，節(jié)理斜穿巖體并遭受到長(zhǎng)期的風(fēng)化作用，巖體表面破碎，巖體坡度較陡，呈近直立狀，研究區(qū)西側(cè)有一危巖體后緣裂隙貫通，底部與母巖相連，巖體微向外傾斜。研究區(qū)內(nèi)的危巖體的穩(wěn)定性為穩(wěn)定-欠穩(wěn)定，在余震、風(fēng)化、降雨和自重的綜合作用下巖體逐漸傾斜，當(dāng)?shù)撞颗c母巖脫離時(shí)發(fā)生崩塌。

4 結(jié)語

（1）邊坡主要受一組層理和兩組節(jié)理三組結(jié)構(gòu)面控制，節(jié)理2切割作用明顯，危巖體所在的邊坡傾向與巖層傾向相反，屬較穩(wěn)定結(jié)構(gòu);（2）節(jié)理1與節(jié)理2的交點(diǎn)位于邊坡投影弧的同側(cè)，說明邊坡傾向與組合線傾向相同，坡面傾角與相交線傾角相似，結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定;（3）在節(jié)理1、節(jié)理2相互作用切割破碎的巖體，易沿邊坡滑移、掉落主要以墜落式破壞方式為主，局部為傾倒式。（4）經(jīng)危巖穩(wěn)定性的定量分析，危巖體在自然工況下為欠穩(wěn)定狀態(tài)，在暴雨、地震工況下為不穩(wěn)定狀態(tài)。

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