灤赤路延慶段典型危巖發(fā)育特征及防治措施

摘? 要：灤赤路位于北京市延慶區(qū)北部山區(qū)，由于公路依山勢(shì)沿溝谷山坡修建，山高坡陡，兩側(cè)邊坡存在較多的危巖體，威脅到過(guò)往車(chē)輛及行人的安全。在對(duì)灤赤路（延慶段）危巖體進(jìn)行詳細(xì)野外調(diào)查的基礎(chǔ)上，結(jié)合危巖體發(fā)育區(qū)的地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造等地質(zhì)環(huán)境條件，選取了兩處典型危巖體，分析了典型危巖體的發(fā)育特征，研究了危巖體的形成影響因素和失穩(wěn)機(jī)理，評(píng)價(jià)了危巖體的穩(wěn)定性，并針對(duì)典型危巖體提出了相應(yīng)的防治措施建議。

關(guān)鍵詞：危巖體;發(fā)育特征;失穩(wěn)機(jī)理;穩(wěn)定性;防治措施

中圖分類號(hào)：P642.21? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ?文章編號(hào)：1007-1903（2019）02-0091-06

Abstract：The Luanchi road is located in northern mountainous area in Yanqing District of Beijing， with many potential unstable rock masses on both sides of the slope along the road， which greatly threats the safety of road traffic and pedestrian. This paper expounds the topography， lithology， geological structure， meteorological and hydrological geological conditions of the potential unstable rock masses along this road. Based on detailed field survey， we select two typical potential unstable rock masses to expound the development characteristics of the typical rock masses， then study the influencing factors， failure mechanism and stability condition of the two typical potential unstable rock masses， finally put forward some corresponding treatment measures for the typical potential unstable rock masses.

Keywords：Potential unstable rock mass;Developmental characteristics;Failure mechanism;Stability;Treatment measures

0前言

危巖體是指高陡邊坡或陡崖上的堅(jiān)硬類巖體受結(jié)構(gòu)面切割，臨空條件較好，受重力、風(fēng)化營(yíng)力、地應(yīng)力、地震等因素的影響，巖體的受力平衡遭到破壞，巖體與母巖逐漸分離而具備向坡下運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，從而處于不穩(wěn)定、欠穩(wěn)定或極限平衡狀態(tài)（張倬元等，1994;胡厚田，1989）。這些危巖體目前沒(méi)有發(fā)生崩塌，但已經(jīng)出現(xiàn)了崩塌的趨勢(shì)，是潛在的崩塌體。

灤赤路位于北京市延慶區(qū)西北部，東起河北省灤平縣，向西經(jīng)懷柔與延慶交接的西帽山，終點(diǎn)與河北赤城的水碾村交界，全長(zhǎng)51.44km。由于開(kāi)山筑路，并且對(duì)公路沿線的地質(zhì)條件缺乏認(rèn)識(shí)，盲目的人工爆破切坡對(duì)公路邊坡穩(wěn)定性造成了一定的影響，因未采取工程防治措施，致使邊坡崩塌地質(zhì)災(zāi)害時(shí)有發(fā)生，對(duì)過(guò)往行人及車(chē)輛構(gòu)成較大的威脅。

本文對(duì)灤赤路（延慶段）危巖體進(jìn)行了詳細(xì)野外調(diào)查，分析了危巖的形成影響因素和失穩(wěn)機(jī)理，評(píng)價(jià)了危巖體的穩(wěn)定性，針對(duì)典型危巖提出了相應(yīng)的防治措施建議。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究危巖體必須探明邊坡巖體所處的工程地質(zhì)環(huán)境條件（張有全等，2006;杜濤，2000;鮑亦岡等，2001）。危巖體研究區(qū)地處燕山沉降帶西段，為華北平原向張北高原的過(guò)渡地帶，受燕山運(yùn)動(dòng)隆起褶皺、斷裂和抬升，同時(shí)也接受自然外力侵蝕。區(qū)內(nèi)山脈屬燕山山脈軍都山，山脈走向呈北東-南西向，北部山區(qū)地勢(shì)相對(duì)較高，南部相對(duì)低緩，高程大致為400～900m。危巖體研究區(qū)為中低山及丘陵地貌，山勢(shì)陡峻，地形較復(fù)雜。

地層巖性主要包括長(zhǎng)城系和薊縣系的長(zhǎng)石石英砂巖、燧石條帶白云巖、灰質(zhì)白云巖以及泥晶質(zhì)白云巖、泥質(zhì)粉砂巖及粉砂質(zhì)頁(yè)巖，侏羅系的紫褐色砂巖等;第四系主要為現(xiàn)代河流沖洪積砂礫石、卵石等。該區(qū)地質(zhì)構(gòu)造較復(fù)雜，褶皺主要分布在燕山期陸緣活動(dòng)帶、后呂梁-印支期地臺(tái)蓋層褶皺帶薊縣系巖層中，以及在長(zhǎng)城系地層中也有少量分布。本區(qū)斷裂多為壓性斷裂。

延慶三面環(huán)山，一面臨水，中央凹陷，獨(dú)特的自然條件組成了兩個(gè)不同的水文地質(zhì)單元，即山區(qū)基巖裂隙水和平原區(qū)第四系松散層孔隙地下水。灤赤路位于延慶區(qū)北部山區(qū)，水文地質(zhì)條件為山區(qū)基巖裂隙水。根據(jù)地層巖性和水文地質(zhì)特征，可分成兩大含水巖組，即碳酸巖巖溶裂隙含水巖組和巖漿巖及碎屑風(fēng)化裂隙含水巖組。

2 危巖發(fā)育特征

危巖災(zāi)害點(diǎn)位于北京市延慶區(qū)灤赤路沿線，根據(jù)灤赤路延慶段危巖的發(fā)育特征，本次選取2處典型危巖進(jìn)行研究。危巖區(qū)所處地貌屬于中低山地貌形態(tài)，局部地形陡立，危巖區(qū)出露的地層巖性主要為薊縣系和侏羅系砂巖，巖石整體呈層狀或塊狀，巖石較堅(jiān)硬，結(jié)構(gòu)面較發(fā)育。2處典型危巖的位置見(jiàn)圖1。

2.1? 1#危巖發(fā)育特征

1#危巖位于灤赤路道路里程樁號(hào)為K131+900處，高程為472m。危巖區(qū)出露的地層巖性主要為侏羅系后城（土城子）組（J3h）砂巖，紫紅色，中—厚層狀，危巖體所在邊坡坡高約30m，坡長(zhǎng)約25m。巖層層面產(chǎn)狀330°∠40°，基本與邊坡坡面一致，為順層邊坡。危巖體集中在邊坡中上部，調(diào)查時(shí)，可見(jiàn)邊坡下部巖體部分已沿層面滑塌，巖塊堆積于坡腳，中上部巖體局部懸空。危巖帶總體積約1200m3。除巖層層面外，巖體內(nèi)還發(fā)育兩組結(jié)構(gòu)面，一組為傾角近直立且垂直巖層層面的結(jié)構(gòu)面LX1，產(chǎn)狀245°∠80°，閉合，平直光滑，結(jié)構(gòu)面延伸長(zhǎng)度1.0～5.0m，結(jié)構(gòu)面間距0.5～3.0m;一組為傾坡內(nèi)的結(jié)構(gòu)面LX2，產(chǎn)狀160°∠40°，多數(shù)閉合，較平直粗糙，結(jié)構(gòu)面延伸長(zhǎng)度0.4～3.0m，結(jié)構(gòu)面間距0.5～2.0m。受巖層層面、坡面及兩組結(jié)構(gòu)面切割，目前危巖體僅部分與基巖相連，若結(jié)構(gòu)面貫通，則危巖體會(huì)沿層面滑塌。1#危巖發(fā)育現(xiàn)狀如圖2所示，1#危巖邊坡如圖3所示。

2.2? 2#危巖發(fā)育特征

2#危巖位于灤赤路道路里程樁號(hào)為K122+340處，高程為416m。危巖區(qū)出露的地層巖性主要為薊縣系楊莊組（Jxy）白云質(zhì)砂巖，灰黃色，中—巨厚層狀，危巖體所在邊坡坡高約50m，坡長(zhǎng)約30m，邊坡坡面產(chǎn)狀20°∠85°;巖層層面產(chǎn)狀265°∠45°。邊坡為斜向坡。危巖體集中在邊坡中上部，調(diào)查時(shí)，可見(jiàn)邊坡中下部巖體部分已掉落，中上部巖體部分底部懸空。危巖帶總體積約1400m3。除巖層層面外，邊坡巖體內(nèi)還發(fā)育2組結(jié)構(gòu)面，一組為與巖層層面傾向相反的結(jié)構(gòu)面LX1，產(chǎn)狀53°∠55°，閉合，平直光滑，結(jié)構(gòu)面延伸長(zhǎng)度2.0～8.0m，結(jié)構(gòu)面間距0.3～2.0m;一組為陡傾坡內(nèi)的結(jié)構(gòu)面LX2，產(chǎn)狀165°∠81°，多數(shù)閉合，較平直粗糙，結(jié)構(gòu)面延伸長(zhǎng)度0.4～1.0m，結(jié)構(gòu)面間距0.5～1.5m。受巖層層面、坡面及兩組結(jié)構(gòu)面切割，目前危巖體僅后部與基巖相連，若后部結(jié)構(gòu)面貫通，則危巖體會(huì)脫離母巖向下發(fā)生墜落。2#危巖發(fā)育現(xiàn)狀如圖4所示，2#危巖邊坡如圖5所示。

3 危巖失穩(wěn)機(jī)理分析

3.1 危巖形成影響因素

地形地貌：灤赤路地處中低山地貌，沿線高陡巖質(zhì)邊坡坡高30～50m，坡度一般為55°～80°，多處為削坡修路，近乎直立，高陡的邊坡促進(jìn)了裂隙的發(fā)展，同時(shí)也促使了巖體自重應(yīng)力的發(fā)揮，加大了危巖崩塌產(chǎn)生的破壞力。

巖體結(jié)構(gòu)特征：研究區(qū)邊坡地層巖性主要為砂巖等沉積巖，巖體內(nèi)的原生層面和結(jié)構(gòu)面將巖體切割成塊狀，另外，在強(qiáng)烈的構(gòu)造作用下，灤赤路沿線巖體完整性進(jìn)一步被破壞，邊坡整體強(qiáng)度降低，加速了危巖體的形成或失穩(wěn)。

降水和地震：灤赤路沿線邊坡內(nèi)裂隙發(fā)育，貫通性好，大氣降水入滲加劇了裂隙的張開(kāi)程度，大大降低結(jié)構(gòu)面上的抗剪強(qiáng)度，促進(jìn)了巖體破壞。地震作用引起邊坡巖體結(jié)構(gòu)松動(dòng)，破裂面錯(cuò)位和孔隙水壓力累積上升;另外，地震作用使處于臨界狀態(tài)或基本穩(wěn)定狀態(tài)的危巖瞬間失穩(wěn)。

人類工程活動(dòng)：灤赤路沿線修路削坡改變了坡體的結(jié)構(gòu)和原有地質(zhì)環(huán)境的應(yīng)力平衡條件，使邊坡卸荷并產(chǎn)生拉張裂隙，破壞了邊坡的完整性和穩(wěn)定性;另外，來(lái)往車(chē)輛產(chǎn)生的震動(dòng)又加劇了危巖體的形成和失穩(wěn)。

3.2 危巖的失穩(wěn)機(jī)理

1#危巖：邊坡巖性為侏羅系紫紅色砂巖，邊坡巖體結(jié)構(gòu)面較發(fā)育，且風(fēng)化較強(qiáng)烈。區(qū)內(nèi)結(jié)構(gòu)面組合不利于邊坡穩(wěn)定，主要發(fā)育有3組優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面：①巖層層面，產(chǎn)狀330°∠40°，基本與邊坡坡面一致;②垂直于巖層層面的陡傾結(jié)構(gòu)面，產(chǎn)狀245°∠80°;③傾坡內(nèi)的結(jié)構(gòu)面，產(chǎn)狀160°∠40°。層面、坡面及另外兩組結(jié)構(gòu)面共同切割巖體成塊狀，目前危巖體僅部分與基巖相連，在長(zhǎng)期重力作用下，具有沿順坡向巖層層面滑移的趨勢(shì)，一旦巖體后部及兩側(cè)結(jié)構(gòu)面貫通，危巖體將失穩(wěn)，沿層面向臨空方向發(fā)生滑移式崩塌破壞（趙建軍等，2009;劉衛(wèi)華等，2007;黃潤(rùn)秋等，2007）。

根據(jù)這3組結(jié)構(gòu)面與坡面的組合關(guān)系，繪制優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面的赤平投影圖（鐘林，2009），見(jiàn)圖6。

2#危巖：邊坡巖性為薊縣系灰黃色白云質(zhì)砂巖，邊坡巖體結(jié)構(gòu)面較發(fā)育，且風(fēng)化較強(qiáng)烈，巖體被結(jié)構(gòu)面切割成塊狀。區(qū)內(nèi)結(jié)構(gòu)面組合不利于邊坡穩(wěn)定，主要發(fā)育有三組優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面：①巖層層面，產(chǎn)狀265°∠45°，②與巖層層面傾向相反的結(jié)構(gòu)面，產(chǎn)狀53°∠55°，③陡傾坡內(nèi)的結(jié)構(gòu)面，產(chǎn)狀165°∠81°。受巖層層面、坡面及兩組結(jié)構(gòu)面切割，目前危巖體僅后部部分與基巖相連，在長(zhǎng)期重力作用下，若后部結(jié)構(gòu)面貫通，則危巖體會(huì)脫離母巖向下發(fā)生墜落式崩塌破壞。

根據(jù)這三組結(jié)構(gòu)面與④坡面（產(chǎn)狀20°∠85°）的組合關(guān)系，繪制優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面及坡面的赤平投影圖，見(jiàn)圖7。

4 危巖穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

根據(jù)前述分析，1#危巖體的失穩(wěn)模式為滑移式，2#危巖體的失穩(wěn)模式為墜落式，根據(jù)陳洪凱、段宏波等人的研究，可將危巖體視為完全剛性體，采用極限平衡理論，分別計(jì)算滑移式和墜落式危巖體的穩(wěn)定性（陳洪凱等，2009;陳洪凱等，2004;陳洪凱等，2006;段宏波，2016）。

4.1 滑移式危巖穩(wěn)定性計(jì)算

滑移式危巖體計(jì)算模型見(jiàn)圖8，圖中AB為主控結(jié)構(gòu)面長(zhǎng)度（m），其傾角為β（°），等效強(qiáng)度參數(shù)為c、φ。W為危巖體的自重（kN），P為水平地震力（kN）。

在天然工況和暴雨工況下，滑移式危巖體的穩(wěn)定性系數(shù)計(jì)算公式（陳洪凱等，2009）：

式中：Q為主控結(jié)構(gòu)面內(nèi)作用在危巖體上的裂隙水壓力（kN），在天然工況和暴雨工況下取值計(jì)算方法不同。

在地震工況下，滑移式危巖體的穩(wěn)定性系數(shù)計(jì)算公式（陳洪凱等，2009）：

4.2墜落式危巖穩(wěn)定性計(jì)算

墜落式危巖體計(jì)算模型見(jiàn)圖9。

在天然工況下，墜落式危巖體的穩(wěn)定性系數(shù)計(jì)算公式（陳洪凱等，2009）：

在地震工況下，墜落式危巖體的穩(wěn)定性系數(shù)計(jì)算公式（陳洪凱等，2009）：

式中：變量意義同前。

4.3 危巖穩(wěn)定性計(jì)算

危巖體穩(wěn)定性可根據(jù)其穩(wěn)定性系數(shù)分為不穩(wěn)定、基本穩(wěn)定和穩(wěn)定狀態(tài)（表1）（陳洪凱等，2009;陳洪凱等，2004;陳洪凱等，2006），并提出了防治工程安全系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)上述公式，計(jì)算在各工況下2處危巖的穩(wěn)定性系數(shù)如表2。

根據(jù)計(jì)算分析，1#危巖在天然工況下處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，暴雨和地震工況下處于基本穩(wěn)定—不穩(wěn)定狀態(tài)。2#危巖在天然工況下處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，地震工況下處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

5 危巖防治措施建議

危巖體的防治措施要求技術(shù)可行、安全可靠和經(jīng)濟(jì)合理，在選擇時(shí)就需要綜合考慮多種影響因素，主要包括以下幾方面：危巖體發(fā)育的地質(zhì)環(huán)境條件;工程的特點(diǎn)及其與地質(zhì)環(huán)境之間的相互關(guān)系;危巖體的分布、類型及形成機(jī)制;危巖體的穩(wěn)定性狀態(tài)等，另外還需兼顧防治措施的適宜性和經(jīng)濟(jì)性（姜永玲，2011）。

5.1 工程措施

危巖防治的工程措施主要包括主動(dòng)防治措施、被動(dòng)防治措施和預(yù)警措施：

主動(dòng)防治措施主要有錨固、支撐、填充、護(hù)坡、削坡、清除等，可降低巖體破壞的可能性;被動(dòng)防治措施主要包括攔截、避讓等;預(yù)警措施在某些情況下較經(jīng)濟(jì)，但不能從根本上對(duì)危巖體進(jìn)行治理。工程中經(jīng)常將3種措施組合采用。

5.2防治措施建議

根據(jù)本工程特點(diǎn)，綜合考慮灤赤路公路邊坡的工程地質(zhì)環(huán)境條件、危巖體發(fā)育特征及失穩(wěn)機(jī)理等，對(duì)危巖的防治提出如下建議：

（1）1#滑移式危巖：建議先將表面較破碎的危巖體進(jìn)行人工清除，對(duì)大塊且不易破碎的巖塊采取錨固措施，增加滑動(dòng)面的抗滑能力和抗剪能力，使巖體的抗滑移穩(wěn)定性得到加強(qiáng)。另外，建議在坡腳處修建擋墻，固腳護(hù)坡的同時(shí)可以攔截失穩(wěn)破壞的巖塊，避免對(duì)道路、過(guò)往行人及車(chē)輛造成危害。

（2）2#墜落式危巖：危巖體位于邊坡中上部，距離地面較高，填充、支撐等支護(hù)方式適用性較差，錨固作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)性較高，建議對(duì)局部底部懸空且不穩(wěn)定的危巖體進(jìn)行人工清除之后，在坡面布置主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)，坡腳修建擋墻，采用主動(dòng)和被動(dòng)相結(jié)合的方式，降低危巖體失穩(wěn)破壞可能帶來(lái)的危害。

（3）進(jìn)行汛前及汛期公路邊坡地質(zhì)災(zāi)害的排查工作，加強(qiáng)重點(diǎn)地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)的監(jiān)測(cè)預(yù)警，發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情及時(shí)處理。

6 結(jié)論

灤赤路公路邊坡危巖發(fā)育區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件較復(fù)雜，地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性、降水以及人類工程活動(dòng)等構(gòu)成了危巖形成和影響的重要因素，公路沿線邊坡危巖體較常見(jiàn)，對(duì)過(guò)往車(chē)輛及行人的生命財(cái)產(chǎn)安全造成巨大威脅。

灤赤路公路沿線危巖體的變形破壞模式主要為滑移式和墜落式，其穩(wěn)定性較差，建議對(duì)滑移式危巖采取人工清除表面破碎巖體后進(jìn)行錨固，并在坡腳處修建擋墻;對(duì)墜落式危巖采取人工清除局部破碎巖體后掛主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)，并在坡腳修建擋墻措施;同時(shí)加強(qiáng)汛期地質(zhì)災(zāi)害巡查，防患于未然。

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