北京门头沟主干公路沿线不稳定边坡的分布特征及成因分析

赵忠海

（北京市地质研究所，北京 100120）

1 引言

门头沟区位于北京西部，距市区24 k m。其北与昌平区、河北省怀来县为邻；西与河北省涿鹿县、涞水县交界；南与房山区、丰台区相连；东与海淀区、石景山区接壤。总面积约1 455 k m2，其中98.5%为山地，平原面积仅占1.5%。区内交通发达，有2条国道，4条市道，32条县道，此外还有乡、村道路200余条，总里程达970 k m，大部分属于山区公路。由于修建时开挖和削坡严重，沿途留下了许多人工边坡。加之途经区的地形地貌复杂多变，地层岩性刚弱不均，地质构造较为发育，故地质灾害较为发育，地质灾害隐患较多，其中尤以不稳定边坡最为严重（图1）。

本文在门头沟区主干公路崩塌灾害隐患勘查工作基础上，对区内G108国道、G109国道、S219市道（南雁路）以及X002（妙峰山景区公路）和X013（灵山景区公路）县道等公路沿线的边坡进行了详细调查，对其稳定性及破坏类型进行了分析和评价，并在此基础上，对公路沿线的不稳定边坡的分布特征及成因进行了分析和探讨。

2 不稳定边坡的分布特征

图1 门头沟主干公路沿线不稳定边坡分布图

本次工作对门头沟区内G 1 0 8国道、G 1 0 9国道、S219市道（南雁路）以及X002（妙峰山景区公路）和X013（灵山景区公路）县道等5条主干公路沿线的473处边坡进行了详细调查，并采用赤平投影法、极限平衡法以及数值模拟法等对上述边坡的稳定性及破坏类型进行了评价和分析，共确定不稳定边坡156处，其潜在变形和破坏类型以崩塌和落石为主，此外还有倾倒、滑塌、错落及坍塌等（图2）。

有关上述不稳定边坡的主要特征见表1［1]。

从表1可以看出，门头沟主干公路沿线的不稳定边坡的坡高多在10 m以上，坡角多大于45°，地层岩性以灰岩、白云质灰岩、白云岩、灰质白云岩、火山岩（主要为集块岩、角砾熔岩、安山岩、玄武岩及凝灰岩等）以及岩浆岩为主，坡体内多发育3组及3组以上的结构面，边坡潜在的变形和破坏类型以崩塌和落石为主，且规模不大，多为小型崩塌隐患。

3 不稳定边坡的成因分析

影响边坡稳定性的主要因素有坡高、坡角、地层岩性以及坡体结构等，此外降雨、地震以及人类工程活动等其他因素也会对边坡的稳定性产生较大影响。

3.1 坡高和坡角

图2 门头沟区主干公路沿线不稳定边坡潜在变形和破坏类型

不同的坡高与坡角对边坡稳定性的影响不同。一般情况下，坡角较缓时，稳定的边坡高度较大；坡角较陡时，稳定的边坡高度会降低。一般来说，在其他条件相同的情况下，坡度和坡角越大，边坡失稳的可能性就越大。

本次工作对G108国道及X002县道98处边坡的坡高、坡角及其稳定性做了相关性分析（图3），从中可以看出不稳定边坡的坡角均大于50°，坡高多大于10 m，故根据散点图上边坡投影点的分布趋势，可大致绘出不稳定边坡的坡高与坡角条件的边界方程：φ＝52.5（左边界）和h＝－0.2φ＋21（底边界）。在直线φ＝52.5右侧、h＝－0.2φ＋21上方的区域，为不稳定边坡区，其他区域为稳定边坡区。

表1 主干公路沿线不稳定边坡的主要特征

图3 G108和X002公路沿线边坡坡高和坡角及其稳定性的关系

3.2 地层岩性

地层岩性是边坡组成的物质基础，是影响边坡稳定的重要因素。通常由灰岩、白云岩等硬度较大、抗风化能力较强的地层岩性所组成的边坡有着较高的坡高和较大的坡角，如果节理发育，很容易发生边坡变形和破坏，形成崩塌等地质灾害；由砂岩、页岩及复成分砾岩等硬度较低或抗风化能力较弱的地层岩性所组成的边坡的坡高一般较低，坡角一般较小，除非以软硬互层的形式出现，一般不易发生边坡变形和破坏，形成崩塌等地质灾害；而由集块岩、角砾熔岩、安山岩、玄武岩及岩浆岩等硬度较大、原生节理发育的地层岩性所组成的边坡坡高较高，坡角较大，坡面凹凸不平，坡体中裂隙发育，通常易于发生边坡变形和破坏，形成崩塌等地质灾害［2]。

本次工作所确定的156处不稳定边坡中，由灰岩或白云岩组成的边坡56处，占不稳定边坡总数的35.9%；由集块岩、角砾熔岩、安山岩、玄武岩及岩浆岩等组成的边坡68处，占不稳定边坡总数的43.6%（图4）。

图4 不同岩性组成的不稳定边坡的数量对比

3.3 坡体结构

坡体结构是指坡体中的结构面和结构体的大小、形状及组合形式，是边坡变形和破坏的控制因素之一。坡体中节理、裂隙等结构发育，结构面较多，组成坡体的地层岩性的完整性就差，整体强度就会大大降低，坡体就容易发生变形和破坏，形成崩塌等地质灾害。

本次工作所确定的156处不稳定边坡中，除6处土质边坡中未见明显的结构面外，其余150处坡体中均发育1组或多组不同方向的结构面。其中发育1组结构面的坡体只有1处，发育2组结构面的坡体有15处，发育3组及3组以上结构面的坡体有134处。由此可知，对于岩质边坡，其坡体结构越发育，结构面越多，边坡发生变形和破坏的可能性就越大。

3.4 其他因素

除了坡高、坡角、地层岩性以及坡体结构等边坡自身因素外，降雨、地震以及人类工程活动等外部因素对边坡的变形和破坏也具有较大的影响。其中降雨会使岩土体软化，质量增大，还会产生动水压力和静水压力，使其抗剪强度降低；地震会破坏岩土体的完整性，使其强度降低，抗滑力削弱；人类工程活动会改变坡体的天然形态、坡体结构以及坡体内的应力分布特征，使其稳定性遭到破坏。总之，上述因素会加速和加剧边坡的变形和破坏，并会对坡体变形和破坏的方式和类型产生较大影响。

4 结语

本文在门头沟区主干公路崩塌灾害隐患勘查工作基础上，对区内G108国道、G109国道、S219市道以及X002和X013县道等公路沿线边坡的稳定性及破坏类型进行了分析和评价，通过分析不稳定边坡的主要特征及其影响因素，对区内主干公路沿线不稳定边坡的分布特征及成因进行了分析和探讨。认为坡高、坡角、地层岩性、坡体结构等边坡自身因素以及降雨、地震及人类工程活动等外部因素是导致边坡变形和破坏的主要影响因素。

［1]北京市地质研究所.门头沟区主干公路崩塌灾害隐患勘查报告［R].2011：10－63

［2]李红旭，盛谦，张勇慧.山区公路边坡地质灾害数据库及统计分析［J].防灾减灾工程学报，2011，31（6）：675－681