北京红星村危岩发育特征与稳定性评价研究

王诜 高丽辉 李存金 吴蔚 张春雷

摘 要：红星村处于北京市北西部的低山地带，区内山峦起伏，岩石裸露，主要为一套中-深变质岩，区内节理裂隙较发育，岩石表面破碎，降雨具有不均衡的特点，在暴雨作用下岩石易脱离母岩沿边坡掉落，本文通过激射赤平投影对边坡坡向及结构面相互作用进行分析，从而直观的表现出结构面和坡向空间上的作用关系，边坡主要受三组结构面控制，节理2切割作用明显，节理1与节理2的交点位于边坡投影弧的同侧，结构不稳定，在节理1、节理2相互作用切割破碎的岩体，易沿边坡滑移、掉落，破坏方式主要为坠落式兼倾倒式;结合危岩稳定性的定量分析，确定危岩体在自然工况下为欠稳定状态，在暴雨、地震工况下为不稳定状态，通过对危岩体稳定性分析为边坡的防护与治理提供依据。

关键词：崩塌;裸岩;结构面;工况;稳定性

中图分类号：P642.2 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）13-0149-02

0 引言

崩塌落石是常见的地质灾害，是山区三大地质灾害之一[1]，边坡落石经常发生在地形陡峭的山区地带，虽然其规模较小，但具有突发性高、随机性强的特点所以常对基础设施和建筑物带来危害，甚至危及灾害区人们的生命与财产，我国的崩塌落石灾害有着明显的区域性，主要分布在西南地区，北部地区部分山区主要受人为修路等作用影响，存在局部崩塌隐患，如2018年8月10日房山区大安山地区曾发生大面积的崩塌，道路被滚石砸断，虽未造成人员伤亡，但对灾害的预警和防治迫在眉睫，胡厚田[1]收集并分析了我国铁路沿线的崩塌落，了解了崩塌落石的形成条件和产生机理陈洪凯等认为危岩落石形成包括内因和外因两方面[2]，其中内因有软硬相间的地层组合、陡峻的地形及强烈的卸荷作用，而外因则包括裂隙水压力和地震作用，因此如何对崩塌落石的形成机制、运动特性、稳定性评价进行有效的判断，进而采取有效的工程防护措施[3，7，9]，是山区经济建设中的亟待解决的问题[5]。本文从危岩的形成、发展及稳定性进行研究。

1 研究区概况

研究区地处华北平原与燕山山脉的过渡地带，境内山峦起伏，东、西、北三面群山连绵，中部低缓，西南开阔，海拔在300-700米之间，属低山地貌[1];出露岩石类型以中-高级变质岩为主，主要有片岩、变粒岩，变质原岩主要以基性-中性火山岩为主，成层性好，岩石坚硬，抗风化能力强。区内地层岩性单一，产状稳定，未见明显破碎带等構造现象[7]，整体较为稳定，但距张家坟─山神庙断裂距离较近，受区域构造应力影响，节理裂隙较为发育;区内属暖温带季风型大陆性半湿润半干旱气候区，夏季炎热多雨，年际降雨量悬殊，年内降雨量不均衡，降雨主要集中在7、8月份，多见短时暴雨，节理裂隙的高陡变坡，雨水灌入裂隙，增加了裂隙的静压力，加之风化作用，易引起边坡掉块及局部垮塌[7-10]。

2 危岩体分布及结构特征

2.1 危岩体规模与分布

研究区呈南侧高，北侧略低态势，边坡长度约为90m，边坡走向170°，相对高差23m，边坡呈近直立状，岩体表面0.1-0.4m厚度范围内部分已成碎块状，坡脚处可见掉落的块石，边坡呈陡崖状，研究区内基岩裸露，岩体在节理、裂隙等构造作用切割下，破碎成危岩块体，地表可见崩塌的碎石，根据危岩、浮石的分布情况，区内共圈定两处危岩体。

区内东侧危岩呈条带状，西侧呈片状分布，危岩体长为10-22m，宽为6-15m，厚度0.6 -1.2m，岩性为黑云母片岩，受区域应力影响，节理裂隙较为发育，共发育三组结构面。①组层理面：为岩层产状结构面，该组结构面是黑云母片岩一组面理，产状55°∠28°，层理面与坡面反向发育，裂隙内大部分无充填，植被较不发育。②组为节理面1：该组节理由多个平行节理面构成该组节理。节理面平直，节理裂隙宽度：2-20cm，无充填。节理延伸距离不远，节理断续延伸，不连续贯通，密度：1-3条/m。产状：310°∠75°。③组为节理面2：该节理面顺坡发育，呈微张状，较为平直，节理延伸距离不远，节理密度：2-4条/m，产状：235°∠80°。

2.2 危岩体结构特征及破坏方式

区内危岩体整体岩层产状、节理裂隙发育状态及产状基本相似。构造结构面为岩体中最主要的结构面，岩体节理裂隙较为发育，裂隙张开0.5-5cm，较顺直光滑，节理1为顺坡向节理，将岩体切割成厚板状，岩体后缘裂隙较为发育，部分岩体脱离母岩，支撑点为岩体后缘与母岩的连接处，由于早期部分岩体掉落，部分岩体呈弱凹腔状，节理2斜穿坡面，与节理1斜交，层理产状与坡向呈逆向，在层理与节理3组结构面共同作用下，岩体表面破碎，当节理面的锁固面贯通时岩体岩体沿边坡滑落。根据危岩的特征和变形破坏机制，现根据危岩崩塌的运动特征，所以易于发生坠落式兼倾倒式崩塌，且崩塌的块碎石直径为0.2-0.8m，在暴雨或地震等诱发作用下，斜坡上的危岩体将向下滑动滚落，形成崩塌。

3 危岩体稳定性分析

3.1 宏观稳定性分析

根据节理裂隙的发育特征及分布状态绘制了赤平投影图，边坡主要受一组层理和两组节理三组结构面控制，节理2切割作用明显，危岩体所在的边坡倾向与岩层倾向相反，属较稳定结构;节理1与节理2的交点位于边坡投影弧的同侧，说明边坡倾向与组合线倾向相同，坡面倾角与相交线倾角相似，结构不稳定，在节理1、节理2相互作用切割破碎的岩体，易沿边坡滑移、掉落，如图1。

该边坡稳定性破坏模式为：节理1顺层发育，将岩体切割成板状，在与坡面呈逆向发育的层理和节理2作用下，岩体破碎，在风化作用下裂隙逐渐进一步发育，当裂隙沿岩体贯通时，块石掉落。

3.2 危岩稳定性的定量分析

根据赤平投影分析及现场调查测量，红星村研究区所在坡体破坏模式主要为坠落式，局部倾倒式，针对坠落式破坏计算采用《工程地质手册》（第四版）中推荐的计算模型进行分析，计算危岩体的稳定系数F，进行定量评价。坠落式危岩体计算模型如图2。

3.3 危岩体发展变化趋势

通过详细的野外调查和分析，在研究区内危岩体数量、规模不大，边坡局部分布孤石、浮石，由于坡体岩体受节理裂隙作用，并遭受到长期的风化作用，红星村委会崩塌隐患点在顺坡向发育的节理作用下，岩体顺坡向呈中-厚板状，在层理于多组节理共同作用下，坡面存在松动石块，部分区域由于石块掉落，部分岩体底部悬空，岩体状态呈弱凹腔状;红星村委会西侧研究区内，危岩体受节理共同作用，面层裂隙发育，节理斜穿岩体并遭受到长期的风化作用，岩体表面破碎，岩体坡度较陡，呈近直立状，研究区西侧有一危岩体后缘裂隙贯通，底部与母岩相连，岩体微向外倾斜。研究区内的危岩体的稳定性为稳定-欠稳定，在余震、风化、降雨和自重的综合作用下岩体逐渐倾斜，当底部与母岩脱离时发生崩塌。

4 结语

（1）边坡主要受一组层理和两组节理三组结构面控制，节理2切割作用明显，危岩体所在的边坡倾向与岩层倾向相反，属较稳定结构;（2）节理1与节理2的交点位于边坡投影弧的同侧，说明边坡倾向与组合线倾向相同，坡面倾角与相交线倾角相似，结构不稳定;（3）在节理1、节理2相互作用切割破碎的岩体，易沿边坡滑移、掉落主要以坠落式破坏方式为主，局部为倾倒式。（4）经危岩稳定性的定量分析，危岩体在自然工况下为欠稳定状态，在暴雨、地震工况下为不稳定状态。

参考文献

[1] 胡厚田.崩塌与落石[M].中国铁道出版社，1989.

[2] 赵允辉.危岩崩塌地质灾害调查评价与防治[J].中国地质灾害与防治学报，2004（S1）：39-44.

[3] 何思明，吴永，李新坡，et al.地震诱发岩体崩塌的力学机制[J].岩石力学与工程学，2010，29（S1）：3359-3363.

[4] 裴向军，黄润秋.强震触发崩塌滚石运动特征研究[J].工程地质学报，2011（10）：110-118.

[5] 胡斌，黄润秋.软硬岩互层连坡崩塌机理及防治对策研究[J].工程地质学报，2009（10）：17-24.

[6] 胥良，李云貴，刘艳梅.川西108国道高位崩塌成因与运动特征[J].水文地质工程地质，2008（03）：28-31.

[7] 胡厚田.崩塌落石综合预测方法方法的研究[J].铁道工程学报，1996（08）：55-62.

[8] 山田刚二.滑坡和斜体崩坍及其防治[M].科学出版社，1980.

[9] 吴圣林，王桂梁.崩塌--推覆滑移地质体成因机理及稳定性研究[D].中国矿业大学，2008.

[10] 陈国宝易崩落危岩的调查与防治[J].煤田地质与勘探，1999（01）：90-95.