北京市崩塌地質(zhì)災(zāi)害激發(fā)因素淺析

王海芝　胡福根　于淼　張翊超

摘 要：崩塌是北京市發(fā)育數(shù)量和發(fā)生災(zāi)害數(shù)量最多的突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，自2003-2019年間共發(fā)生崩塌災(zāi)害275起，占突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害總數(shù)的80.88 %，故研究崩塌災(zāi)害的特點(diǎn)及激發(fā)條件，是崩塌災(zāi)害防治的必要手段。初步統(tǒng)計(jì)2003-2019年度發(fā)生的崩塌災(zāi)害，認(rèn)為87.27 %的崩塌是由降雨激發(fā)的。以2020年“8·12”場次暴雨及其激發(fā)崩塌為研究對(duì)象，對(duì)激發(fā)崩塌的降雨量級(jí)，崩塌發(fā)生的時(shí)間范圍等關(guān)鍵因素進(jìn)行了初步研究，結(jié)果表明：激發(fā)崩塌的降雨量至少要達(dá)到中雨及以上的雨量級(jí)別，激發(fā)崩塌的時(shí)間為降雨過程中及降雨結(jié)束后48 h以內(nèi)。

關(guān)鍵詞：崩塌;激發(fā)因素;暴雨;滯后;地質(zhì)災(zāi)害

Abstract： Collapse is a sudden geological disaster， which is the most serious one in Beijing. According to incomplete statistics， 275 collapses occurred from 2003 to 2019， accounting for 80.88% of the total sudden geological disasters. Therefore， it is necessary to study the characteristics and excitation conditions of collapse disaster. Based on the preliminary statistical analysis of the collapse disasters from 2003 to 2019， 87.27 % of the collapses are caused by rainfall. Taking 8·12 rainstorms and their induced collapses in 2020 as the research object， this paper does a preliminary study on the key factors such as the rainfall magnitude of triggering collapse and the time range of collapse occurrence. It concludes that the rainfall triggering collapse should be at least moderate rain or above. The results show that the time of triggering collapse is in the process of rainfall and within 48 hours after the end of rainfall.

Keywords： collapse; motivating factors; rainstorm; lagging; geological disasters

0 前言

北京是世界上突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害較為頻繁的首都城市之一，發(fā)育崩塌、泥石流、滑坡、地面塌陷等多種突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。截至2019年底，全市共查明突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)5037處（http：//ghzrzyw.beijing.gov.cn），涉及密云、懷柔、延慶、房山、門頭溝、昌平、平谷、海淀、石景山、豐臺(tái)10個(gè)山區(qū)及淺山區(qū)，威脅對(duì)象主要包括居民、道路、景區(qū)、學(xué)校等。在北京突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害中，崩塌的發(fā)育數(shù)量和發(fā)生數(shù)量最多，是突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害防災(zāi)減災(zāi)工作的重中之重。隨著防災(zāi)減災(zāi)工作要求的進(jìn)一步提高，對(duì)于崩塌災(zāi)害的特點(diǎn)，崩塌災(zāi)害的誘發(fā)因素及崩塌災(zāi)害發(fā)生的時(shí)間等問題的相關(guān)研究也提出了相應(yīng)的要求。本文通過對(duì)目前已查明的崩塌隱患的基本特征及2003—2019年17年間發(fā)生的崩塌災(zāi)害進(jìn)行的初步統(tǒng)計(jì)分析，總結(jié)了崩塌災(zāi)害發(fā)生的時(shí)間、規(guī)模、影響因素等基本特點(diǎn)，并以2020年8月12日場次降雨及其誘發(fā)的崩塌災(zāi)害為例，具體分析了降雨誘發(fā)崩塌災(zāi)害的特點(diǎn)，初步探索了誘發(fā)崩塌災(zāi)害的降雨范圍，災(zāi)害發(fā)生時(shí)間范圍等關(guān)鍵因素，為北京市崩塌災(zāi)害的防災(zāi)減災(zāi)工作提供科學(xué)依據(jù)。

1 北京市崩塌災(zāi)害發(fā)育及發(fā)生特點(diǎn)

崩塌是北京市突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害中發(fā)育數(shù)量最多的隱患，截至2019年底，北京市查明崩塌隱患數(shù)量2609處（圖1），占查明突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害隱患數(shù)量的51.80 %。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，自2003—2019年的17年間，北京共發(fā)生崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷等突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害340起（北京市規(guī)劃和自然資源委員會(huì)，2003—2018;北京市地質(zhì)研究所，2019），其中崩塌275起，占全部突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害總數(shù)的80.88 %（圖2）。

統(tǒng)計(jì)分析表明，崩塌災(zāi)害主要發(fā)生在汛期，汛期（6—9月）共發(fā)生崩塌240起，占已發(fā)生災(zāi)害數(shù)量的87.27 %。其中6月份發(fā)生崩塌災(zāi)害36起，占全部崩塌災(zāi)害總數(shù)的13.09 %;7月份發(fā)生崩塌災(zāi)害126起，占全部崩塌災(zāi)害總數(shù)的45.82 %;8月份發(fā)生崩塌災(zāi)害63起，占全部崩塌災(zāi)害總數(shù)的22.91 %。從崩塌發(fā)生時(shí)間的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果可以看出，降雨是誘發(fā)崩塌災(zāi)害的關(guān)鍵因素。

已發(fā)生的崩塌災(zāi)害有2起規(guī)模為中型，其余規(guī)模均為小型，小型崩塌災(zāi)害占已發(fā)生崩塌災(zāi)害總數(shù)的99.27 %。危害對(duì)象主要為3種類型，分別為道路，居民及景區(qū)。其中危害道路及行人的有167起，占已發(fā)生災(zāi)害總數(shù)的60.73 %，危害居民的有105起，占已發(fā)生災(zāi)害總數(shù)的38.18 %，危害景區(qū)的有3起，占已發(fā)生災(zāi)害總數(shù)的1.09 %。

2 降雨對(duì)斜坡穩(wěn)定性影響研究

國內(nèi)外諸多學(xué)者開展了大量的降雨對(duì)斜坡穩(wěn)定性影響研究工作（Ng et al.，1998;蘭恒星等，2003;孫建平等，2008;周家文等，2008;Miller et al.，2009）。李媛（2004）通過對(duì)全國縣市地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查成果分析研究表明，暴雨是90 %滑坡，81 %崩塌和全部泥石流的主要誘發(fā)因素。前人通過對(duì)斜坡失穩(wěn)時(shí)間與降雨時(shí)間關(guān)系進(jìn)行了初步研究，對(duì)于斜坡失穩(wěn)時(shí)間和降雨時(shí)間的關(guān)系有了初步認(rèn)識(shí)。吳長富等（2008）分析了強(qiáng)降雨對(duì)斜坡穩(wěn)定性影響，認(rèn)為斜坡穩(wěn)定性最低值往往出現(xiàn)在降雨停止后的0.3～0.8 d內(nèi)。鐘蔭乾（1998）研究認(rèn)為，降雨型滑坡一般發(fā)生于久雨、暴雨中或略滯后，滯后期一般不超過10 d;Godt等（2006）在調(diào)查深圳地區(qū)暴雨誘發(fā)滑坡時(shí)發(fā)現(xiàn)滑坡活動(dòng)時(shí)間與暴雨、大暴雨吻合或略滯后，滯后時(shí)間一般不超過4 d，暴雨當(dāng)日及次日發(fā)生滑坡的可能性最大;詹青文等（2011）研究江西某邊坡時(shí)發(fā)現(xiàn)其穩(wěn)定性系數(shù)雨后8～12 h達(dá)到最低值。

誘發(fā)斜坡巖土體出現(xiàn)災(zāi)害性變化的降雨應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度（鐘立勛，1999;高華喜等，2007;涂國祥等，2015），通常斜坡巖土體的降水入滲能力小于降雨強(qiáng)度，因此，雨水的入滲往往滯后于降雨，即使降雨停止，斜坡地下水瞬時(shí)滲流場也需要經(jīng)過相當(dāng)長的時(shí)間才能形成穩(wěn)定滲流場，從這個(gè)角度來說，時(shí)間效應(yīng)是降雨影響斜坡穩(wěn)定性的固有特性。

3 “8·12”暴雨及其誘發(fā)的崩塌特點(diǎn)

2020年8月12日，受副熱帶高壓外圍偏南暖濕氣流和高空槽共同影響，北京市普降暴雨，為2020年入汛以來最大的一次強(qiáng)降雨過程，也是2020年首次區(qū)域性暴雨過程。強(qiáng)降雨主要集中在12日21時(shí)至13日01時(shí)，期間有36個(gè)觀測站小時(shí)雨強(qiáng)超過50 mm。本次降雨的特點(diǎn)是總降雨量較大，雨強(qiáng)集中。截至13日08時(shí)，北京市平均降雨量69.4 mm，城區(qū)平均92.8 mm，最大雨量達(dá)156.7 mm，出現(xiàn)在昌平沙河水庫（圖3）。本輪降雨在山區(qū)主要分布房山東南部、門頭溝西部、石景山、海淀、昌平、延慶西部、懷柔和密云東部地區(qū)，降水量為60～160 mm。

強(qiáng)降雨誘發(fā)了崩塌災(zāi)害的發(fā)生，截至8月14日，本輪暴雨共誘發(fā)崩塌災(zāi)害12起（表1），發(fā)生于5個(gè)區(qū)，分別是平谷區(qū)1起，懷柔區(qū)3起，昌平區(qū)5起，房山區(qū)2起，延慶區(qū)1起（圖3）。從本輪降雨誘發(fā)崩塌災(zāi)害的規(guī)?？矗瑸?zāi)害規(guī)模最小為0.5 m3，最大為1200 m3，依據(jù)地質(zhì)災(zāi)害分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，均為小型。從崩塌發(fā)生時(shí)間看，有8起崩塌災(zāi)害發(fā)生于本輪降雨過程中，占災(zāi)害總數(shù)的66.67 %;有5起崩塌災(zāi)害發(fā)生于本輪降雨結(jié)束之后48 h內(nèi)，占本輪降雨激發(fā)崩塌災(zāi)害總量的41.67 %。本輪崩塌災(zāi)害的激發(fā)雨量具有明顯的差異：其中發(fā)生于中雨降雨范圍內(nèi)的崩塌災(zāi)害1起，占本輪災(zāi)害總數(shù)的8.33 %，位于暴雨降雨范圍內(nèi)的崩塌災(zāi)害有4起，占本輪災(zāi)害總數(shù)的33.33 %，位于大暴雨降雨范圍內(nèi)的崩塌災(zāi)害有7起，占本輪災(zāi)害總數(shù)的58.33 %。本輪災(zāi)害威脅對(duì)象有3類：第一類是影響居民及住宅（5起，占本輪災(zāi)害總數(shù)的41.67 %）;第二類是公路（6起，占本輪災(zāi)害總數(shù)的50 %）;第三類是景區(qū)（1起，占本輪災(zāi)害總數(shù)的8.33 %）。從災(zāi)害歷史調(diào)查程度來講，本輪發(fā)生災(zāi)害有10起災(zāi)害是已入臺(tái)賬的查明隱患點(diǎn)，占本輪災(zāi)害總數(shù)的83.33 %， 2起是新增加的災(zāi)害點(diǎn)，占本輪災(zāi)害數(shù)量的16.67 %。

4 “8·12”暴雨崩塌案例

（1）案例之一

8月13日3時(shí)，G110國道K49+675 m處發(fā)生崩塌，崩塌處高10 m，落石方量約1.5 m3。3點(diǎn)左右1輛過路貨車撞上落石，造成車輛損失，無人員傷亡，輕微損毀路面。邊坡體巖性為二長花崗巖，表層風(fēng)化較強(qiáng)烈。巖體中發(fā)育3組節(jié)理，J1：140°∠80°，1 m內(nèi)發(fā)育2～3條節(jié)理;J2：230°∠75°，1 m內(nèi)發(fā)育2～3條節(jié)理;J3：100°∠30°，1 m內(nèi)發(fā)育3～5條節(jié)理。巖層層面與節(jié)理面彼此交切，將巖體切割成破碎的塊石（圖4）。

（2）案例之二

8月13日凌晨，懷柔區(qū)琉璃廟鎮(zhèn)東峪村北300 m東青路旁崩塌，方量約40 m3，無人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。該處坡體為開山修路形成的巖質(zhì)邊坡，為反向坡，坡向130°，坡寬30 m、坡高20 m，坡度80°，巖性為黑云斜長變粒巖，片理產(chǎn)狀為295°∠30°。坡體表面基巖風(fēng)化嚴(yán)重，節(jié)理裂隙發(fā)育，坡面堆積崩落小碎石，節(jié)理產(chǎn)狀為100°∠60°、160°∠85°圖（5）。

（3）案例之三

懷柔區(qū)琉璃廟鎮(zhèn)X003寶崎路崩塌發(fā)生于8月13日12時(shí)，方量約1200 m3，無人員傷亡。此處崩塌為巖質(zhì)拉裂式崩塌。該邊坡坡向50°，坡度80°，坡高50 m，坡寬80 m，巖性為巨厚層礫巖夾薄層泥巖，巖層產(chǎn)狀102°∠52°。巖體主要發(fā)育2組節(jié)理，一組節(jié)理產(chǎn)狀為237°∠25°，長度10 m，節(jié)理張開20 cm，可見深度10～20 cm，有泥沙填充，節(jié)理密度2條/m;另外一組節(jié)理產(chǎn)狀為：15°∠62°，貫穿部分巖體，長度5 m，節(jié)理張開5 cm，可見深度30 cm，有泥沙填充，節(jié)理密度5條/m（圖6）。

（4）案例之四

懷柔區(qū)琉璃廟鎮(zhèn)東峪村北300 m東青路旁崩塌災(zāi)害發(fā)生于8月13日凌晨，該處坡體為開山修路形成的巖質(zhì)邊坡，為反向坡，坡向130°、坡寬30 m、坡高20 m、坡度80°，巖性為黑云斜長變粒巖，片理產(chǎn)狀為295° ∠30°。坡體表面基巖風(fēng)化嚴(yán)重，節(jié)理裂隙發(fā)育，坡面堆積崩落小碎石，發(fā)育兩組節(jié)理，產(chǎn)狀分別為

100° ∠60°、160°∠85°。坡體頂部后緣發(fā)育一條橫向貫穿坡頂裂縫，裂縫長約2.0 m，寬約0.1 m，深約0.15 m，坡體中上部危巖體懸空，總危巖方量約80 m3（圖7）。

（5）案例之五

平谷區(qū)黃松峪鄉(xiāng)塔洼村1隊(duì)張家東臺(tái)某村民家東側(cè)崩塌災(zāi)害發(fā)生于8月12日下午。崩塌體積約5 m3，崩塌點(diǎn)位置位于居民房屋東側(cè)約20 m，崩塌危巖的位置距房屋地基垂直高差約18 m，未造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。該處地形可以分為3級(jí)階梯，居民房屋位于1級(jí)，2級(jí)為一緩坡，寬約10 m，3級(jí)為一平臺(tái)，寬約5 m，崩塌危巖體與3級(jí)垂直高度10～12 m。2級(jí)和3級(jí)坡腳砌有矸石墻，每級(jí)壩墻高約1.5 m。落石分散在2級(jí)斜坡和3級(jí)平臺(tái)上，造成部分壩墻受損，未對(duì)居民房屋造成損失。危巖體為中厚層狀長石石英砂巖，主要發(fā)育3組節(jié)理，節(jié)理產(chǎn)狀分別為：223°∠70°，150°∠65°，350°∠40°?，F(xiàn)場觀察危巖體后緣有裂隙，裂隙寬10～20 cm，危巖體體積約3 m×4 m×3 m，在降雨條件下有失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)，并威脅到居民房屋（圖8）。

由以上5個(gè)案例可以看出，“8·12”降雨誘發(fā)崩塌災(zāi)害均為巖質(zhì)邊坡，風(fēng)化嚴(yán)重，發(fā)育兩組或兩組以上的節(jié)理。

5 結(jié)論及建議

（1）崩塌是北京市發(fā)育數(shù)量最多，發(fā)生災(zāi)害次數(shù)最多的突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害，是北京市突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害防治的主要對(duì)象。

（2）降雨是激發(fā)北京市崩塌的主要因素，已發(fā)生的崩塌災(zāi)害中，汛期崩塌災(zāi)害發(fā)生的數(shù)量占全部崩塌災(zāi)害總數(shù)的87.27 %。激發(fā)崩塌的降雨量至少要達(dá)到中雨及以上，降雨量越大，激發(fā)的災(zāi)害數(shù)量越多。

（3）崩塌災(zāi)害的發(fā)生時(shí)間覆蓋了場次降雨過程及降雨結(jié)束后的若干時(shí)間段內(nèi)，雨中發(fā)生崩塌災(zāi)害的概率約為66.67 %，雨后48 h之內(nèi)發(fā)生災(zāi)害的概率為33.33 %。

（4）對(duì)于崩塌災(zāi)害的應(yīng)急巡查要延續(xù)到雨后48 h或以上，以確保及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處置場次降雨誘發(fā)的崩塌災(zāi)害。

（5）崩塌災(zāi)害的隱蔽性高，要進(jìn)一步提高災(zāi)害調(diào)查密度及精度，并進(jìn)一步加強(qiáng)汛前及雨后的巡查和排查，盡量減少漏查的可能性，提高災(zāi)害管理的全面性。

參考文獻(xiàn)：

高華喜，殷坤龍，2007. 降雨與滑坡災(zāi)害相關(guān)性分析及預(yù)警預(yù)報(bào)閥值之探討[J]. 巖土力學(xué)，28（5）：1055-1060.

李媛，孟暉，董穎，等，2004.中國地質(zhì)災(zāi)害類型及其特征：基于全國縣市地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查成果分析[J].中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào)，15（2）：32-37.

蘭恒星，周成虎，李焯芬，等，2003. 瞬時(shí)孔隙水壓力作用下的降雨滑坡穩(wěn)定性響應(yīng)分析：以香港天然降雨滑坡為例[J]. 中國科學(xué)E輯：技術(shù)科學(xué)，33（S1）：119-136.

孫建平，劉青泉，李家春，等，2008. 降雨入滲對(duì)深層滑坡穩(wěn)定性影響研究[J]. 中國科學(xué)（G輯：物理學(xué) 力學(xué) 天文學(xué)），38（8）： 945-954.

涂國祥，黃潤秋，2015. 降雨對(duì)路堤斜坡穩(wěn)定性影響的時(shí)間效應(yīng)[J]. 巖土力學(xué)，36（S1）：523-530.

吳長富，朱向榮，尹小濤，等，2008. 強(qiáng)降雨條件下土質(zhì)邊坡瞬態(tài)穩(wěn)定性分析[J]. 巖土力學(xué)，29（2）：386-391.

鐘蔭乾，1998. 滑坡與降雨關(guān)系及其預(yù)報(bào)[J]. 中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào)，9（4）：3-5.

鐘立勛，1999. 中國重大地質(zhì)災(zāi)害實(shí)例分析[J]. 中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào)，10（3）：3-5.

周家文，徐衛(wèi)亞，鄧俊曄，等，2008. 降雨入滲條件下邊坡的穩(wěn)定性分析[J]. 水利學(xué)報(bào)， 39（9）：1066-1073.

詹青文，劉仁德，2011. 降雨過程中的邊坡失穩(wěn)研究[J]. 人民長江，42（11）：103-106.

Godt J? W， Baum R L， Chleborad A F， 2006. Rainfall characteristics for shallow landsliding in Seattle， Washington， USA[J]. Earth Surface Processes and Landforms， 31（1）：97-110.

Ng C W W， Shi Q，1998. A Numerical investigation of the stability of unsaturated soil slopes subjected to transient seepage[J]. Computers and Geotechnics， 22（1）：1-28.

Miller S， Brewer T， Harris N， 2009. Rainfall thresholding? and? susceptibility? assessment? of rainfall-induced landslides： Application to landslide management in St Thomas， Jamaica[J]. Bulletin of Engineering Geology & the Environment， 68（4）：539-550.