摘? 要：灤赤路位于北京市延慶區(qū)北部山區(qū)，由于公路依山勢沿溝谷山坡修建，山高坡陡，兩側邊坡存在較多的危巖體，威脅到過往車輛及行人的安全。在對灤赤路（延慶段）危巖體進行詳細野外調查的基礎上，結合危巖體發(fā)育區(qū)的地形地貌、地層巖性、地質構造等地質環(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)機理，評價了危巖體的穩(wěn)定性，并針對典型危巖體提出了相應的防治措施建議。

關鍵詞：危巖體;發(fā)育特征;失穩(wěn)機理;穩(wěn)定性;防治措施

中圖分類號：P642.21? ?文獻標識碼：A? ?文章編號：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硬類巖體受結構面切割，臨空條件較好，受重力、風化營力、地應力、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動的趨勢，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）。這些危巖體目前沒有發(fā)生崩塌，但已經出現了崩塌的趨勢，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，向西經懷柔與延慶交接的西帽山，終點與河北赤城的水碾村交界，全長51.44km。由于開山筑路，并且對公路沿線的地質條件缺乏認識，盲目的人工爆破切坡對公路邊坡穩(wěn)定性造成了一定的影響，因未采取工程防治措施，致使邊坡崩塌地質災害時有發(fā)生，對過往行人及車輛構成較大的威脅。

本文對灤赤路（延慶段）危巖體進行了詳細野外調查，分析了危巖的形成影響因素和失穩(wěn)機理，評價了危巖體的穩(wěn)定性，針對典型危巖提出了相應的防治措施建議。

1 區(qū)域地質背景

研究危巖體必須探明邊坡巖體所處的工程地質環(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渡地帶，受燕山運動隆起褶皺、斷裂和抬升，同時也接受自然外力侵蝕。區(qū)內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)地勢相對較高，南部相對低緩，高程大致為400～900m。危巖體研究區(qū)為中低山及丘陵地貌，山勢陡峻，地形較復雜。

地層巖性主要包括長城系和薊縣系的長石石英砂巖、燧石條帶白云巖、灰質白云巖以及泥晶質白云巖、泥質粉砂巖及粉砂質頁巖，侏羅系的紫褐色砂巖等;第四系主要為現代河流沖洪積砂礫石、卵石等。該區(qū)地質構造較復雜，褶皺主要分布在燕山期陸緣活動帶、后呂梁-印支期地臺蓋層褶皺帶薊縣系巖層中，以及在長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，獨特的自然條件組成了兩個不同的水文地質單元，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)，水文地質條件為山區(qū)基巖裂隙水。根據地層巖性和水文地質特征，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化裂隙含水巖組。

2 危巖發(fā)育特征

危巖災害點位于北京市延慶區(qū)灤赤路沿線，根據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，巖石較堅硬，結構面較發(fā)育。2處典型危巖的位置見圖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，坡長約25m。巖層層面產狀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，調查時，可見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，巖體內還發(fā)育兩組結構面，一組為傾角近直立且垂直巖層層面的結構面LX1，產狀245°∠80°，閉合，平直光滑，結構面延伸長度1.0～5.0m，結構面間距0.5～3.0m;一組為傾坡內的結構面LX2，產狀160°∠40°，多數閉合，較平直粗糙，結構面延伸長度0.4～3.0m，結構面間距0.5～2.0m。受巖層層面、坡面及兩組結構面切割，目前危巖體僅部分與基巖相連，若結構面貫通，則危巖體會沿層面滑塌。1#危巖發(fā)育現狀如圖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）白云質砂巖，灰黃色，中—巨厚層狀，危巖體所在邊坡坡高約50m，坡長約30m，邊坡坡面產狀20°∠85°;巖層層面產狀265°∠45°。邊坡為斜向坡。危巖體集中在邊坡中上部，調查時，可見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，邊坡巖體內還發(fā)育2組結構面，一組為與巖層層面傾向相反的結構面LX1，產狀53°∠55°，閉合，平直光滑，結構面延伸長度2.0～8.0m，結構面間距0.3～2.0m;一組為陡傾坡內的結構面LX2，產狀165°∠81°，多數閉合，較平直粗糙，結構面延伸長度0.4～1.0m，結構面間距0.5～1.5m。受巖層層面、坡面及兩組結構面切割，目前危巖體僅后部與基巖相連，若后部結構面貫通，則危巖體會脫離母巖向下發(fā)生墜落。2#危巖發(fā)育現狀如圖4所示，2#危巖邊坡如圖5所示。

3 危巖失穩(wěn)機理分析

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，高陡的邊坡促進了裂隙的發(fā)展，同時也促使了巖體自重應力的發(fā)揮，加大了危巖崩塌產生的破壞力。

巖體結構特征：研究區(qū)邊坡地層巖性主要為砂巖等沉積巖，巖體內的原生層面和結構面將巖體切割成塊狀，另外，在強烈的構造作用下，灤赤路沿線巖體完整性進一步被破壞，邊坡整體強度降低，加速了危巖體的形成或失穩(wěn)。

降水和地震：灤赤路沿線邊坡內裂隙發(fā)育，貫通性好，大氣降水入滲加劇了裂隙的張開程度，大大降低結構面上的抗剪強度，促進了巖體破壞。地震作用引起邊坡巖體結構松動，破裂面錯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：灤赤路沿線修路削坡改變了坡體的結構和原有地質環(huán)境的應力平衡條件，使邊坡卸荷并產生拉張裂隙，破壞了邊坡的完整性和穩(wěn)定性;另外，來往車輛產生的震動又加劇了危巖體的形成和失穩(wěn)。

3.2 危巖的失穩(wěn)機理

1#危巖：邊坡巖性為侏羅系紫紅色砂巖，邊坡巖體結構面較發(fā)育，且風化較強烈。區(qū)內結構面組合不利于邊坡穩(wěn)定，主要發(fā)育有3組優(yōu)勢結構面：①巖層層面，產狀330°∠40°，基本與邊坡坡面一致;②垂直于巖層層面的陡傾結構面，產狀245°∠80°;③傾坡內的結構面，產狀160°∠40°。層面、坡面及另外兩組結構面共同切割巖體成塊狀，目前危巖體僅部分與基巖相連，在長期重力作用下，具有沿順坡向巖層層面滑移的趨勢，一旦巖體后部及兩側結構面貫通，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;黃潤秋等，2007）。

根據這3組結構面與坡面的組合關系，繪制優(yōu)勢結構面的赤平投影圖（鐘林，2009），見圖6。

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

根據這三組結構面與④坡面（產狀20°∠85°）的組合關系，繪制優(yōu)勢結構面及坡面的赤平投影圖，見圖7。

4 危巖穩(wěn)定性評價

根據前述分析，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)定性計算

滑移式危巖體計算模型見圖8，圖中AB為主控結構面長度（m），其傾角為β（°），等效強度參數為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)定性系數計算公式（陳洪凱等，2009）：

式中：Q為主控結構面內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算方法不同。

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

4.2墜落式危巖穩(wěn)定性計算

墜落式危巖體計算模型見圖9。

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

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

式中：變量意義同前。

4.3 危巖穩(wěn)定性計算

危巖體穩(wěn)定性可根據其穩(wěn)定性系數分為不穩(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標準。

根據上述公式，計算在各工況下2處危巖的穩(wěn)定性系數如表2。

根據計算分析，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可行、安全可靠和經濟合理，在選擇時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)育的地質環(huán)境條件;工程的特點及其與地質環(huán)境之間的相互關系;危巖體的分布、類型及形成機制;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濟性（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防治措施、被動防治措施和預警措施：

主動防治措施主要有錨固、支撐、填充、護坡、削坡、清除等，可降低巖體破壞的可能性;被動防治措施主要包括攔截、避讓等;預警措施在某些情況下較經濟，但不能從根本上對危巖體進行治理。工程中經常將3種措施組合采用。

5.2防治措施建議

根據本工程特點，綜合考慮灤赤路公路邊坡的工程地質環(huán)境條件、危巖體發(fā)育特征及失穩(wěn)機理等，對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行人工清除，對大塊且不易破碎的巖塊采取錨固措施，增加滑動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。另外，建議在坡腳處修建擋墻，固腳護坡的同時可以攔截失穩(wěn)破壞的巖塊，避免對道路、過往行人及車輛造成危害。

（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、支撐等支護方式適用性較差，錨固作業(yè)風險性較高，建議對局部底部懸空且不穩(wěn)定的危巖體進行人工清除之后，在坡面布置主動防護網，坡腳修建擋墻，采用主動和被動相結合的方式，降低危巖體失穩(wěn)破壞可能帶來的危害。

（3）進行汛前及汛期公路邊坡地質災害的排查工作，加強重點地質災害點的監(jiān)測預警，發(fā)現險情及時處理。

6 結論

灤赤路公路邊坡危巖發(fā)育區(qū)地質環(huán)境條件較復雜，地形地貌、地質構造、地層巖性、降水以及人類工程活動等構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，對過往車輛及行人的生命財產安全造成巨大威脅。

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，建議對滑移式危巖采取人工清除表面破碎巖體后進行錨固，并在坡腳處修建擋墻;對墜落式危巖采取人工清除局部破碎巖體后掛主動防護網，并在坡腳修建擋墻措施;同時加強汛期地質災害巡查，防患于未然。

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