房山贾峪口土洞崩塌危岩带特征及稳定性分析

0 引言

自“7·21”北京特大暴雨及洪涝灾害发生以来，受夏季汛期降水集中、暴雨频至的影响，北京西部山区地质灾害发生的可能性急剧增大。山区崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害致使大量居民房屋倒塌或受损，造成了巨大的经济损失，严重的威胁了人民生命财产安全，给当地居民的生产生活带来了严重的干扰。为了加强北京地区地质灾害防治工作，消除地质灾害隐患的威胁，有必要尽快对我市山区的地质灾害隐患点进行勘查及治理工作。

贾峪口土洞崩塌灾害隐患点位于房山区佛子庄乡贾峪口村，灾害隐患点紧邻当地居民的房屋，于“7·21”期间发生过局部块石滚落的情况，砸中坡脚处村民种植的柿树，造成了村民经济财产损失。经国土部门现场摸排认定此处为崩塌灾害隐患点，若不对其进行及时的治理，则在今后的强降雨天气或地震中极易形成地质灾害，直接威胁当地村民的生产生活。

1 灾害隐患点概况

灾害隐患点位于房山区贾峪口村北侧，当地居民房屋背后的山坡上，总面积约为5.2×104m2。现状坡顶及坡面处植被发育较好，坡顶处未发现明显后缘裂缝，坡体整体稳定性较好。危险区主要为坡顶处基岩大面积裸露的两条危岩带，分别命名为危岩带1（WYD1）和危岩带2（WYD2）。主要影响范围为坡底处约1.1×104m2的居民区。

2 区域地质背景

（1）气象条件

该区降雨多集中在夏季（6—8月），占全年降雨量的80%以上，年平均降雨量约为522.7mm，汛期多暴雨，多年平均蒸发量为1500mm。

（6）水文地质特征

危岩带坡度较大，接近直立，在构造应力作用下发育多组裂隙。对危岩带内发育的裂隙进行统计（图2），结果表明，走向40～50的裂隙发育，且贯通性较好，多无填充或少量碎石填充，结合性差。在层理面及多组节理裂隙切割的共同作用下，裂隙延伸较长，将岩体切割成棱块状，形成凹腔及母岩分离的块体。被分割开来的岩石块体，在重力作用下存在沿裂隙向临空面倾倒和滚落的趋势。另外构造裂隙倾角较大，加之局部形成的凹腔可引发强卸荷作用，形成卸荷裂隙并加宽加大原构造裂隙。裂隙的发育为斜坡岩体的表生改造，对危岩块体的形成和稳定性起决定性的控制作用（杨志等，2016；詹青文等，2011）。

区内地形整体呈北高南低之势，坡顶处两条东西走向的危岩带使得该处形成两级陡崖地貌，陡崖坡度一般在60～70，局部接近90。坡体顶部高程约为400m，坡高约100m，坡长约210m。整体倾向约为145～165。坡体中部较陡，可达到30～40，坡底较缓，约为15～25，局部有人为修筑的平台，用于种植经济作物。

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（3）地层岩性

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（4）地质构造

（1）危岩带1（WYD1）

坡顶处出露基岩为蓟县系雾迷山组白云质灰岩，中等风化，灰白色，局部含燧石条带、泥质条带，坡体中下部为第四系崩坡积物及粉质粘土。形成了较为典型的“上硬下软、上陡下缓”的二元山体结构，为危岩体的发育提供了条件（胡厚田，2005；贺凯等，2015）。

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危岩带2位于危岩带1东南侧，产状165∠20（图1c）。顶标高约387m，底标高约367m，整个陡崖高度约为6～18m，宽约90.18m。危岩带坡度约为60～80，局部近90，危岩带沿坡面积约为1082.16m2。危岩节理裂隙发育，主要发育2组节理面：①J1：145∠62，1m范围内约有2～3条，最大间距1.2m，最小间距0.3m；②J2：220∠73，1m范围内约有1～2条，最大间距1.5m，最小间距0.8m。受这2组结构面切割，岩体在裂隙切割作用下呈块状—碎裂状，裂隙宽度约3～10cm，裂隙深度约为0.6～1m，裂隙结构面较为平直，结合差，缝内局部填充碎石。

房山区历史上发生过3～3.9级地震2次，4～4.9级地震1次，其余均为小于3级地震。大部分地震震中位于黄庄—高丽营及八宝山断裂带附近。研究区位于地震烈度Ⅷ度区内，设计基本地震加速度值为0.20g，设计分组为第二组。

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研究区属于山区大石河背斜水文地质单元，区域含水层主要为蓟县系雾迷山组白云岩、白云质灰岩（辛宝东，2005），裂隙岩溶普遍发育，并受构造、岩性及地貌控制。区域地下水补给源主要为大气降水，部分降水汇集于山间溪沟直接排泄; 部分降水沿节理、裂隙渗入地下，汇集于岩溶管道、暗河、裂隙中，排泄至坡底，最终汇入大石河。

3 危岩体的基本特征及失稳影响因素

3.1 危岩体基本特征

研究区大地构造属于房山中穹褶（IV12）构造单元，位于燕山沉降带西山凹陷，门头沟—周口店上升褶皱区之南端，其构造行迹为短轴向斜和背斜。主要受中生代燕山运动的影响而成。北侧存在两条东西走向的小型断层，分别长约2km和0.8km。区内地质构造目前较为稳定，但岩体节理裂隙极为发育。

危岩带1为二级陡崖，位于斜坡坡顶处，产状约为200∠23，顶标高约400m，底标高约387m，整个陡崖高度约为6～13m，宽约81.82m。危岩带较为破碎，节理裂隙发育，发育3组优势节理面：①J1：293∠66；②J2：260∠67；③J3：313∠70。受结构面切割，岩体呈块状—碎裂状，因差异风化、径流冲刷等作用逐渐风化剥蚀形成凹腔，使部分岩块存在较大的临空面。裂隙最大宽度可达25cm左右，裂隙深度约为0.6～1.5m，裂隙结构面较为平直，结合差，贯通性较好，缝内局部填充碎石。此外，危岩带1东侧底部存在小范围的崩塌堆积区，均为危岩带破碎后坠落的岩块、碎石，岩块所占比例约为60%～80%，大小一般为0.8m×0.6m×0.5m，最大块体可达1.5m×0.7m×0.5m，碎石约为20%～40%，大小一般为0.4m×0.3m×0.2m。

此外，危岩带1内主要发育2块较为危险的危岩体（危石），见图1（a、b）：危岩体1（W1）、危岩体2（W2），分别位于危岩带1的中部和东部，见图1（c）。

图1 危岩带情况 Fig.1 Conditions of unstable rocks belt

危岩体1（W1）高约4～6m，宽约3m，厚约1.5m，总体积约为30m3。岩体下部存在空腔，空腔宽约2m，深约1.4m，高约0.7m。岩体表面较为破碎，底部存在崩落的碎石。上部发育有裂隙，裂隙尚未完全贯通。岩体主要有2组节理面：①J1：260∠67；②J2：293∠66，由于节理裂隙切割、且岩体具有临空面。

危岩体2（W2）高约3～5.5m，宽约2.5m，厚约0.5～1.5m，总体积约为11.25m3。岩体外倾，后部具有一条宽约0.3m，深约1m的裂隙，裂隙倾向313∠70，内部基本无填充，局部具有碎石填充。岩体表面较为完整，下部有碎石、岩块堆积。

（2）危岩带2（WYD2）

（5）地震活动

3.2 失稳影响因素

（1）内部因素

（2）地形地貌

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图2 裂隙走向玫瑰图 Fig.2 Rose diagram of fissures strike

（2）外部因素

风化、雨水冲刷、溶蚀、冻胀、植物根系扩张等外部条件为裂隙发育的积极因素。在各种外部因素作用下，裂隙加宽、加长，进一步切割岩体。风化作用加速了危岩体裂缝的扩展，裂面强度降低，差异风化形成凹岩腔，促进了危岩体的失稳。夏季降雨频繁，冲刷加剧，降低裂隙内填充物质的凝聚力，促进了岩体与基部的掏蚀作用。同时，雨水填充裂隙，产生静水压力，加岩体重量，同时水对裂隙内的填充物质也有一定的软化作用，降低岩体稳定性，造成失稳（唐红梅等，2009；魏丽，2005）。

4 稳定性及运动特征分析

4.1 定性分析

由于坡顶及坡面处植被发育较好，坡顶处未发现明显后缘裂缝，且历史上未发生过大规模的崩塌灾害，因此，坡体整体稳定性较好。但是由于危岩带处风化较严重，裂隙发育，造成危岩带表面较为破碎，因此在暴雨、久雨或地震工况下，有可能发生崩落，威胁到坡体前方居民安全。据带内危岩现状及其空间几何特征，危岩体1和危岩体2失稳破坏方式分别符合坠落式和倾倒式。坠落式崩塌主要因岩腔向崖内风化扩展，块体重心逐渐偏移，失去支撑，在重力作用下与母岩突然脱离（陈洪凯等，2009a）。危岩体1（W1）下部受上部岩体及背部岩体挤压形成凹腔，后部存在陡倾裂隙，裂隙尚未完全贯通，经现场观察，危岩体重心位于凹腔内部，目前处于基本稳定状态。但在暴雨、地震等工况时，受上部岩体的挤压及雨水冲刷作用，裂隙及凹腔可能进一步扩大，造成岩体失稳。倾倒式失稳主要因为底部基座的风化剥离作用，对上部岩体的支撑力矩逐渐变小，倾覆力矩显著增大，岩体以基座受力点为支点发生倾倒。危岩体2（W2）后部陡倾裂隙已经形成，且基本贯通，整体处于基本稳定状态。

4.2 定量分析

结合规范要求与大量工程实例，选取坠落式及倾倒式的稳定性计算公式（陈洪凯等，2009b；贾东远等，2004），分别对W1、W2进行定量计算，稳定性计算结果统计见表1。由表1可以看出，在自然工况（工况1）下，处于基本稳定状态，在暴雨工况（工况2）和地震工况（工况3）下，处于不稳定状态。因此，在极端条件下存在发生崩塌的隐患。

表1 三种工况下危石的稳定性评价 Tab.1 evaluation of stability under 3 different calculating conditions

W2（倾倒式）工况1稳定系数1.362 1.314稳定性评价基本稳定基本稳定工况2稳定系数0.970 0.909稳定性评价不稳定不稳定工况3稳定系数0.911 0.966稳定性评价不稳定不稳定编号工况W1（坠落式）

4.3 运动特征计算

利用RocFall软件计算落石轨迹，记录其冲击能量、滑动距离及弹跳高度。选取特定剖面线对坡顶处较大体积及小体积典型岩块进行运动轨迹计算，从偏于保守的角度考虑岩块的形状设为近于圆形落石。危岩体从坡上坠落或倾倒破坏，并以一定初速度在陡坡上碰撞弹跳，弹跳结束后以一定的初速度沿坡面滚动，直至其停留。经计算，各剖面岩块崩落的最大总动能一般不超过750kJ，最大弹跳高度不超过3.0m，最大运动水平距离一般在100 m左右，小于150m。由于危岩位于高位，势能较大，且坡底居民区距坡顶危岩带水平距离最近处不足100m，考虑到较大体积危岩的存在，一旦发生崩落会对当地居民生命财产安全构成威胁。

5 治理工程设计

根据防治工程“抓住关键、突出重点、消除隐患”的原则，结合贾峪口村坡顶处危岩的发育情况及村内居民生活环境等因素，采用“危岩清削+主动防护网+被动防护网”的综合治理方案，剖面布置图见图3。

图3 剖面布置图 Fig.3 Pro file layout design

（1）对危岩带（WYD1、WYD2）及危岩体（W1、W2）进行清削。根据坡体地形地貌，采取以人工为主的方式进行清削。清削后坡面应为较完整的岩体。

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（2）经过清削后，对WYD1、WYD2沿着裸露面设置主动防护网，防止或减轻崩塌落石。

（3）在接近坡脚处，沿着居民区自西向东设立两道被动柔性防护网，根据轨迹模拟结果防护网设计高度均为3m，拦截坡面滚落的碎石。

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6 结论

（1）贾峪口崩塌灾害隐患点危岩带是受区域构造条件、岩体工程地质条件及降雨冲刷、差异风化等影响，在内、外部因素共同作用下形成的。裂隙发育对其破坏起着决定性的作用。W1破坏模式为坠落式、W2破坏模式为倾倒式。

（2）危岩体在自然工况（工况1）下，处于基本稳定状态，在暴雨工况（工况2）和地震工况（工况3）下，处于不稳定状态。因此，在极端条件下存在发生崩塌的隐患。

（3）结合贾峪口村坡顶处危岩的发育情况及村内居民生活环境等因素，采用“危岩清削+主动防护网+被动防护网”的综合治理方案，较为有效地解除了该区域的安全隐患。

参考文献

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