八仙山巡護、科考線路地質(zhì)災害特征及危險性評估

賈超，詹健，車路寬，劉禧超，肖飛

（天津市地質(zhì)研究和海洋地質(zhì)中心，天津 300170）

0 引言

八仙山國家級自然保護區(qū)位于天津市薊州境內(nèi)，距薊州城東北30公里，東鄰金碧輝煌的清東陵，西接巍峨壯觀的黃崖關(guān)長城，南瀕碧波蕩漾的翡翠湖，北依雄奇險秀的霧靈山，屬于世界瀕危與國家保護的動、植物100余種，還生息、繁衍著華北其他地區(qū)已經(jīng)稀少的物種。八仙山自然保護區(qū)是中國暖溫帶保存完好、結(jié)構(gòu)完整的落葉闊葉林生態(tài)系統(tǒng)和暖溫帶植被類型的典型代表，是生物多樣性指數(shù)較高的地區(qū)和一些生物種質(zhì)基因庫（叢明旸等，2013）。

八仙山具有較大的科學考察價值，經(jīng)常會有周邊大學和科研團體來考察學習，是重要的研究學習基地。八仙山管理局每年定期對八仙山進行巡護工作，包括清危排險、道路養(yǎng)護、防火、育林邊坡防護等。為了保護巡護和科考人員生命財產(chǎn)安全，天津華北地質(zhì)勘查局地質(zhì)研究所針對保護區(qū)入口至駱駝脖子山山腳巡護、科考線路沿線進行了地質(zhì)災害危險性評估（賈超等，2020①），依托本次評估工作，筆者對研究區(qū)進行了現(xiàn)場踏勘、調(diào)查，初步查明了地質(zhì)災害點分布、規(guī)模及發(fā)生發(fā)育過程，分析了誘發(fā)地質(zhì)災害的主要因素，對研究區(qū)進行了危險性分區(qū)，提出了地質(zhì)災害的防治措施，為消除地質(zhì)災害隱患和下一步深入治理提供依據(jù)。

1 地質(zhì)環(huán)境條件

1.1 地形地貌

研究區(qū)位于薊州北部，地貌類型屬于構(gòu)造剝蝕中低山丘陵區(qū)。研究區(qū)整體為黑水河溝，地形從聚仙峰山頂向南降低。最高點位于聚仙峰山頂，高程為1046.8 m，最低點位于八仙山售票處，高程為260.0 m，地面相對高差786.8 m，地形復雜，地面坡度以大于30°為主。此外，研究區(qū)及周邊發(fā)育溝谷、河谷、小型沖溝、陡崖等微地貌，地貌類型多樣（圖1）。

圖1 研究區(qū)三維圖

1.2 地層構(gòu)造

八仙山位于薊州區(qū)北部山區(qū)，根據(jù)《中國區(qū)域地質(zhì)志·天津志》（天津市地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站，2017）介紹，八仙山區(qū)域上位于中朝準地臺燕山臺褶帶南緣，馬蘭峪復背斜的南西翼，構(gòu)造形態(tài)相對復雜。出露的地層主要為太古宇角閃斜長片麻巖，元古界長城系常州溝組一段砂礫巖和二段石英砂巖、串嶺溝組一段頁巖及第四系沖洪積物（圖2）。

圖2 研究區(qū)地質(zhì)圖（據(jù)《天津市地質(zhì)環(huán)境圖集》（天津市地質(zhì)礦產(chǎn)局，2004））

研究區(qū)地質(zhì)資料豐富，天津市地質(zhì)調(diào)查研究所在1990編寫的《天津薊縣黃崖關(guān)幅等1∶5萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告》（田樹信，1990②）和天津市地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站在2013年編寫的《天津市薊縣北部山區(qū)1∶5萬地質(zhì)災害調(diào)查評價報告》（盧長軍等，2013③），對研究區(qū)地質(zhì)條件作了詳細介紹。太古宇角閃斜長片麻巖（Argn）北西向條帶狀分布于評估區(qū)北端，片麻理走向近南北，略偏北西向，傾角一般大于80°，在表面上總體呈單斜層理的樣式，局部見小型褶皺。長城系常州溝組一段主要分布于研究區(qū)東北，為一套紫紅色、淺紅色礫巖、砂礫巖為主，夾含礫粗砂巖、石英砂巖，巖層傾向200°～210°，傾角30°～40°，角度不整合于太古宇角閃斜長片麻巖之上。長城系常州溝組二段主要分布于研究區(qū)西南，以灰白、白、淡紅色厚、中厚層石英砂巖為主，夾細礫巖、砂巖，巖層傾向210°～220°，傾角40°～50°，局部地段巖層產(chǎn)狀因斷裂或小型褶皺變化較大。長城系串嶺溝組一段分布于研究區(qū)北側(cè)，為一套暗灰綠、深灰、黑色粉砂質(zhì)頁巖夾棕黃色砂巖，巖層傾向210°～230°，傾角30°～50°，與下伏常州溝組整合接觸。

研究區(qū)及附近斷層較發(fā)育（曹忠權(quán)等，1982；姬廣義等，2005），斷層產(chǎn)狀復雜，性質(zhì)多樣、呈多期活動特點，按照主要成形期或活動期可分為早、晚兩個斷層群。研究區(qū)內(nèi)主要為早期斷層群，主要受區(qū)域上東西向褶皺群影響，以近直立逆斷層為主，走向北西，傾角70°～85°。研究區(qū)西側(cè)黃崖關(guān)斷裂帶為晚期逆斷層群，與區(qū)域上南北向褶皺群相應(yīng)，走向北北東，傾角60°～70°。

1.3 工程地質(zhì)條件

研究區(qū)位于薊州最北部的構(gòu)造侵蝕中低山區(qū)，出露的地層巖性為長城系常州溝組一段的紫紅、淺紫紅色礫巖、砂礫巖為主，夾含礫粗砂巖、石英砂巖，上覆第四系殘坡積碎石、砂土。工程地質(zhì)層可分為中厚層堅硬石英砂巖中等風化巖組和松散巖類工程地質(zhì)巖類。

1.3.1 中厚層堅硬石英砂巖中等風化巖組

巖性主要為長城系常州溝組一段砂礫巖和二段石英砂巖，巖層整體為傾向南西的單斜構(gòu)造，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，巖石較堅硬，強度高，但由于地殼抬升及構(gòu)造活動影響，局部形成陡崖峽谷地貌，巖石遭受風化剝蝕，強度有所降低，裂隙發(fā)育，透水性增加，為地質(zhì)災害的形成創(chuàng)造了條件。

受北西向逆斷層影響，斷裂帶附近巖石破碎嚴重，節(jié)理、裂隙發(fā)育，強度低，易風化。風化后強度進一步降低，遇水易出現(xiàn)軟化、泥化作用，降低山體或邊坡穩(wěn)定性，易發(fā)生較大規(guī)模的崩塌和滑坡。

1.3.2 松散巖類工程地質(zhì)層

主要分布于坡度較小的溝谷處的殘坡積物，巖性較復雜，由顆粒較大的碎石土至顆粒較細粘性土均有分布，厚度一般30～80 cm。

1.4 水文地質(zhì)條件

研究區(qū)內(nèi)變質(zhì)巖和砂礫巖、石英砂巖含水性質(zhì)基本相同?；鶐r裂隙含水巖組主要巖性為石英巖狀砂巖、含礫砂巖、礫巖、斜長角閃片麻巖等。地表裂隙發(fā)育，深度一般10～30 m，含水不均，富水性差，局部斷裂構(gòu)造發(fā)育構(gòu)成小的富水區(qū)，單井涌水量小于500 m3/d，水化學類型為HCO3-Ca型，礦化度小于0.07～0.13 g/L（圖3）。

圖3 研究區(qū)區(qū)域水文地質(zhì)圖（據(jù)《天津市地質(zhì)環(huán)境圖集》（天津市地質(zhì)礦產(chǎn)局，2004））

1.5 人類活動

八仙山作為天津市植被最為豐富，自然資源保持完好的保護區(qū)，歷史上吸引了大批國內(nèi)外專家學者來此開展地質(zhì)、植被等科考研究工作，為保證人員安全，保護區(qū)在人員考察沿途和遺跡局部點位做過道路修建，邊坡整治、災害治理等工作，但由于沿線地形復雜、巖石節(jié)理裂隙發(fā)育，巖層切割破碎部分地段比較嚴重，在極端天氣、地震等因素影響下，易出現(xiàn)崩塌、滑坡等地質(zhì)災害。

2 地質(zhì)災害類型與發(fā)育特征

2.1 地質(zhì)災害類型

八仙山自然保護區(qū)位于薊州北部山區(qū)，屬地質(zhì)災害易發(fā)區(qū)（張全等，2003④；傅炳海等，2004⑤），地形地貌類型為構(gòu)造剝蝕低山丘陵區(qū)，區(qū)內(nèi)相對高差786 m。出露的巖性主要為碎屑巖，褶皺、斷層發(fā)育，節(jié)理裂隙等較發(fā)育，巖石較破碎。地表植被發(fā)育，草木繁茂。通過對研究區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件分析，結(jié)合現(xiàn)場實地調(diào)查，研究區(qū)存在的主要地質(zhì)災害災種為崩塌、滑坡。

2.1.1 崩塌

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，研究區(qū)內(nèi)現(xiàn)狀發(fā)育崩塌（危巖）地質(zhì)災害，主要分布在工程線路劈坡一側(cè)以及局部突聳的高陡坡面，前者為修路人為挖坡形成，后者為構(gòu)造、風化等形成的孤聳危巖及陡崖，二者在降水、融雪、樹木根劈、人為擾動等誘發(fā)因素下發(fā)生崩塌。

根據(jù)各危巖體節(jié)理和裂隙發(fā)育情況，巖石完整性等特征以及各結(jié)構(gòu)面赤平投影對其進行定性分析，在此基礎(chǔ)上做出穩(wěn)定性評價并預測穩(wěn)定性發(fā)展趨勢，對邊坡進行穩(wěn)定性分析評價，結(jié)論如下：自然狀態(tài)下節(jié)理發(fā)育不完全時巖體基本穩(wěn)定，當三組主控節(jié)理貫通并與產(chǎn)狀相連通時切割體處于不穩(wěn)定狀態(tài)而且此狀態(tài)并不受邊坡傾向影響，坡面與產(chǎn)狀順向時易形成牽引或傾倒式崩塌，坡面與產(chǎn)狀垂直時易產(chǎn)生傾倒式崩塌，坡面與產(chǎn)狀相反時易形成墜落式崩塌。

（1）由于坡面和產(chǎn)狀傾向相反，整體坡面穩(wěn)定，但由于長期風化造成下部壓裂嚴重的坡面先風化，從而形成臨空面，當主控節(jié)理貫通坡面以后形成不穩(wěn)定的切割體，當切割體遭受風化、雨雪作用、冷熱變化等沿節(jié)理破碎墜落，形成墜落式崩塌（圖4～5）。因此類地形易形成高陡邊坡，具有墜落高度高，落石能量大、沖擊強的特點。研究區(qū)內(nèi)典型點位：入口橋頭、萬卷天書、一線天、駱駝峰、聚仙峰。

圖4 坡面和產(chǎn)狀傾向相反情況下落石示意圖

圖5 坡面和產(chǎn)狀傾向相反情況下穩(wěn)定性分析圖

（2）由于坡面和產(chǎn)狀傾向正交，整體坡面穩(wěn)定且抗剪能力極強，本次調(diào)查范圍內(nèi)這類邊坡是整個保護區(qū)內(nèi)相對穩(wěn)定的，但不排除在個別負地形存在的部位由于雨雪作用、冷熱變化等沿節(jié)理破碎墜落，形成墜落式崩塌（圖6～7）。調(diào)查范圍內(nèi)典型點位：研究區(qū)內(nèi)北東向貼崖壁道路、天梯。

圖6 坡面和產(chǎn)狀正交情況下落石示意圖

（3）由于坡面和產(chǎn)狀傾向同向，在層間有軟弱夾層或有易溶于水的層間填充物存在時整體坡面不穩(wěn)定，當主控節(jié)理貫通坡面并與產(chǎn)狀貫通后形成不穩(wěn)定的切割體，當切割體遭受風化、雨雪作用、冷熱變化等產(chǎn)狀面滑落，形成滑坡或牽引式崩塌（圖8～9）。因此類地形在歷史上大多已滑塌，故目前這類地形高度相對較低，但一旦發(fā)生災害危害程度最大。調(diào)查范圍內(nèi)典型點位：研究區(qū)入口東側(cè)、南北向道路東側(cè)。

2.1.2 滑坡

研究區(qū)為典型砂巖單斜構(gòu)造，故地質(zhì)災害的形成與地形坡型關(guān)系極大（李健雄等，2018；肖飛和殷明文，2020），從保護區(qū)入口—駱駝峰為典型的V形谷，滑坡地質(zhì)災害易發(fā)區(qū)集中在評估區(qū)入口北側(cè)、南北向線路東側(cè)，此類坡面和產(chǎn)狀傾向同向，在層間有軟弱夾層或有易溶于水的層間填充物存在時整體坡面不穩(wěn)定，當主控節(jié)理貫通坡面并與產(chǎn)狀貫通后形成不穩(wěn)定的切割體，當切割體遭受風化、雨雪作用、冷熱變化等產(chǎn)狀面滑落，形成滑坡（圖8）。

圖7 坡面和產(chǎn)狀正交情況下穩(wěn)定性分析圖

圖8 坡面和產(chǎn)狀傾向相同情況下落石示意圖

2.2 地質(zhì)災害發(fā)育特征

2.2.1 突發(fā)性與緩變性地質(zhì)災害并存、危害性大

崩塌、滑坡等災害一般具有突發(fā)性的特點（劉振輝，2014），多數(shù)發(fā)生在汛期特別是暴雨天氣，其發(fā)育強度、密度和頻率與降雨量呈正相關(guān)，防范較為困難。研究區(qū)兩側(cè)邊坡高差大，坡度陡，巖石節(jié)理、裂隙極其發(fā)育，巖體局部破碎嚴重，威脅過往行人及車輛安全。

2.2.2 災害發(fā)生時間及空間上具隨機性

地質(zhì)災害的本質(zhì)是地質(zhì)體在各種因素作用下發(fā)生失穩(wěn)、變形及運動形成致災體并作用于受災對象，從而造成災害的地質(zhì)過程（楊予生等，2019）。由于致災體的變形破壞受控于多種不確定因素，因此決定了地質(zhì)災害的發(fā)生具有隨機性的特點，為地質(zhì)災害的防治工作增加了難度。。

3 地質(zhì)災害危險性分區(qū)

在綜合分析各區(qū)地質(zhì)災害危險性的基礎(chǔ)上，按照“區(qū)內(nèi)相似、區(qū)際相異”的原則對相關(guān)的區(qū)段進行優(yōu)化、合并，最終確定研究區(qū)地質(zhì)災害綜合分區(qū)評估。

天津八仙山國家級自然保護區(qū)巡護、科考線路在1段、2段、3段、4段、5段、6段、7段、8段、11段、13段、14段地質(zhì)災害危險性大，安全性差；在12段地質(zhì)災害危險性中等，安全性基本安全；在9段、10段地質(zhì)災害危險性小，安全性安全（圖10）。

圖9 坡面和產(chǎn)狀傾向相同情況下穩(wěn)定性分析圖

4 防治措施

地質(zhì)災害的防治應(yīng)本著“以防為主，避讓與防治相結(jié)合”的原則，掌握時機，及早治理。針對地質(zhì)災害的類型、特點、發(fā)育強度、危險程度，區(qū)別對待，因地制宜，因災設(shè)防。防治措施應(yīng)符合可行性、合理性、經(jīng)濟性的原則。

根據(jù)綜合評估結(jié)果，將評估區(qū)防治措施等級劃分為一般防治區(qū)（中低風險路段）和重點防治區(qū)（危險性大路段）。

4.1 一般防治區(qū)防治建議

一般防治區(qū)地質(zhì)災害防治應(yīng)以預防為主，嚴禁進行挖方、填方作業(yè)，避免形成新的地質(zhì)災害隱患，引發(fā)或加劇現(xiàn)已存在的崩塌地質(zhì)災害。

嚴禁順向切坡。施工期間，采取合理、科學的措施避免產(chǎn)生過大機械振動，從而引發(fā)或加劇現(xiàn)有崩塌地質(zhì)災害，造成不必要的人員傷亡和財產(chǎn)損失，施工中應(yīng)嚴格做好施工檢驗工作。

加強排水工程，設(shè)置合理的排水系統(tǒng)防止水流下滲，同時防止地表水對坡腳沖刷。

對于崩塌體體積較小，僅在雨后才有墜石、剝落和小型崩塌的地段，可在坡腳或半坡上設(shè)置攔截構(gòu)筑物。如設(shè)置落石平臺和落石槽以停積崩塌物質(zhì)，修建擋石墻以攔墜石。

4.2 重點防治區(qū)防治建議

重點防治區(qū)不僅要實施一般防治區(qū)的防治措施，還要采取以下手段。

對已存在的崩塌體，應(yīng)做好警示標志，必要時清理表層的危巖和險石，設(shè)立圍擋設(shè)施進行防范。

對地質(zhì)災害危險性大區(qū)的邊坡，應(yīng)聘請符合相應(yīng)等級的地質(zhì)災害勘查、設(shè)計、施工資質(zhì)要求的單位和專業(yè)人員依據(jù)不同的邊坡類型有針對性地做好邊坡穩(wěn)定性論證和邊坡防護設(shè)計、排水工作，以保證該區(qū)域內(nèi)人員的安全。

邊坡治理工程施工期間及治理完成后，應(yīng)加強地質(zhì)災害監(jiān)測，借助地質(zhì)災害測量儀器以及人為定期巡查，對重點線路的邊坡（危險性大路段）及有碎石堆積分布的長期進行重點監(jiān)測。

注 釋

①賈超,詹健,車路寬.2020.天津八仙山國家級自然保護區(qū)巡護、科考線路地質(zhì)災害危險性評估報告[R].天津華北地質(zhì)勘查局地質(zhì)研究所.

② 田樹信.1990.天津薊縣黃崖關(guān)幅等1∶5萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告[R].天津市地質(zhì)調(diào)查研究所.

③盧長軍,王鳳山,盧煜文,張洪來,鄭武利,等.2013.天津市薊縣北部山區(qū)1∶5萬地質(zhì)災害調(diào)查評價報告[R].天津市地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站.

④ 張全,周志勇,文秀明,李學寧.2003.天津市薊縣地質(zhì)災害調(diào)查與區(qū)劃報告[R].天津市地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站.

⑤ 傅炳海,解承祥,牛修俊.2004.天津市地質(zhì)災害防治規(guī)劃（2004年—2020年）[R].天津市地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站.