任凱珍 胡福根 孫旭 呂曉波

引言

北京市位于華北平原西北隅，總面積16410平方千米，其中山區(qū)面積10072平方千米，約占總面積的61.3%。由于地質(zhì)地貌條件復(fù)雜、斷裂構(gòu)造發(fā)育、降雨時空不均等原因及人類工程活動影響，存在泥石流、崩塌、滑坡、采空塌陷等突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害隱患，是世界上突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害隱患較為發(fā)育的首都城市之一。

截至2022年5月31日，北京市共有突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害隱患近7000處，威脅居民點、道路、景區(qū)、中小學(xué)、礦山及水庫等的安全，其中威脅道路的地質(zhì)災(zāi)害隱患數(shù)量占地質(zhì)災(zāi)害隱患總數(shù)量的六成，因此，道路沿線為北京市突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害防治工作的重點區(qū)域之一。

公路是一帶狀工程構(gòu)造物，經(jīng)過不同自然條件的地域，涉及多變的地質(zhì)條件，地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生對公路運營造成嚴重的影響，同時公路建設(shè)對周圍環(huán)境的改變?nèi)绻幚聿划斠矔l(fā)多種公路災(zāi)害，因此地質(zhì)災(zāi)害防治對公路養(yǎng)護管理部門的減災(zāi)工作及災(zāi)害應(yīng)急搶險有重要意義。據(jù)最新調(diào)查資料顯示，北京道路沿線發(fā)育不穩(wěn)定和欠穩(wěn)定的崩塌隱患和滑坡隱患有3000余處，其中興陽線（G234）隱患數(shù)量最多，占比約7%。因此，本文以興陽線（北京段）為例分析了斜坡災(zāi)害發(fā)育的地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造特征及其典型災(zāi)害案例，以期為北京公路沿線斜坡災(zāi)害精細防控提供依據(jù)。

興陽線（北京段）地質(zhì)環(huán)境概況

興陽線從河北省興隆縣到廣東省陽江市，南北縱跨河北、北京、河南、湖北、湖南、廣東五省一市，代號國道G234。興陽線（北京段）從密云北村進入北京界，往西過密云水庫，從懷柔山中橫穿到延慶永寧，然后往南穿過門頭溝和房山，從房山張坊出北京，長300多千米。根據(jù)最新調(diào)查數(shù)據(jù)分析，北京境內(nèi)興陽線斜坡災(zāi)害隱患主要發(fā)育路段有10段，長度約139千米，斜坡災(zāi)害分布密度為2.7處/ 千米，主要分布在門頭溝區(qū)潭柘寺、王平、雁翅，延慶區(qū)劉斌堡，懷柔區(qū)琉璃廟，密云區(qū)石城、太師屯、北莊、大城子一帶（圖1）。

圖1 興陽線（北京段）位置示意圖

1. 地形地貌

北京地區(qū)地貌是由西、西北、北部山地和東南平原兩大地貌單元組成，地貌類型主要為中山、低山、丘陵、山間盆地和平原。興陽線穿越了上述所有地貌單元。通過對興陽線斜坡災(zāi)害發(fā)育路段兩側(cè)1千米范圍內(nèi)的地貌單元面積統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，興陽線斜坡災(zāi)害隱患主要發(fā)育在低山和丘陵地貌區(qū)，占比約八成（圖2）。

圖2 路段兩側(cè)1千米范圍內(nèi)不同地貌單元面積統(tǒng)計圖

2. 地層巖性

北京地區(qū)屬華北地層分區(qū)，除普遍缺失震旦系、奧陶系上統(tǒng)、志留系、泥盆系、石炭系下統(tǒng)、白堊系上統(tǒng)及第三系古新統(tǒng)外，從太古界的古老變質(zhì)巖系直到第四系都有地層代表，而興陽線（北京段）穿越了從太古界密云群至新生界第四系所有地層（圖3）。

圖3 近五年興陽線規(guī)模大于100米斜坡災(zāi)害所在位置地質(zhì)簡圖

通過對興陽線斜坡災(zāi)害發(fā)育路段兩側(cè)1千米范圍內(nèi)的地層單元面積統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，興陽線斜坡災(zāi)害隱患主要發(fā)育在太古代和元古代地層以及巖漿巖分布區(qū)，占比約七成，其次為中生代、古生代和新生代地層（圖4）。

圖4 路段兩側(cè)1千米范圍內(nèi)不同時代地層出露面積統(tǒng)計圖

北京山區(qū)巖石類型多樣，其節(jié)理裂隙發(fā)育，風(fēng)化剝蝕強烈。夏季暴雨時節(jié)，陡坡殘坡積層易形成垮塌；一些較堅硬的不穩(wěn)定巖塊則沿節(jié)理裂隙常形成斜坡災(zāi)害。

本次研究參照《工程地質(zhì)手冊（第四版）》中按巖石堅硬程度的定性分類，將北京巖土體劃分為四類：堅硬巖、較堅硬巖、較軟巖和其他巖。通過對興陽線斜坡災(zāi)害發(fā)育路段兩側(cè)1千米范圍內(nèi)的巖石類型面積統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，興陽線斜坡災(zāi)害隱患主要發(fā)育巖石類型為堅硬巖和較堅硬巖，占比約八成（圖5）。

圖5 路段兩側(cè)1千米范圍內(nèi)不同巖石類型面積統(tǒng)計圖

3. 地質(zhì)構(gòu)造

北京地區(qū)大地構(gòu)造位置處于中朝準地臺燕山臺褶帶中段以及華北斷坳之西北隅。自太古代以來，經(jīng)歷了多次構(gòu)造變動和多階段多旋回的地質(zhì)構(gòu)造演化。區(qū)域構(gòu)造基本格架顯示出早期的東西向或近東西向隆坳或褶皺斷裂被后期的北東、北北東或近南北向褶皺斷裂、斷坳或斷塊所交切復(fù)合的特點。在壓力、張力等作用下，構(gòu)造復(fù)合部位巖體遭受嚴重破壞，易發(fā)生垮塌。

本次研究根據(jù)斷裂分布密度，將北京地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育程度分為四類，即強烈、較強烈、中等、弱。通過對興陽線斜坡災(zāi)害發(fā)育路段兩側(cè)1千米范圍內(nèi)區(qū)域統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，興陽線斜坡災(zāi)害隱患在構(gòu)造發(fā)育程度為強烈、較強烈和中等區(qū)的占比約為五成（圖6）。

圖6 路段兩側(cè)1千米范圍內(nèi)構(gòu)造發(fā)育區(qū)面積統(tǒng)計圖

典型災(zāi)害體形成機制

據(jù)統(tǒng)計，近五年興陽線（北京段）共發(fā)生了4起規(guī)模在100平方米以上的斜坡災(zāi)害，分布在懷柔區(qū)琉璃廟鎮(zhèn)興陽線G234 K128至K146之間，發(fā)育地層巖性為太古界變質(zhì)巖和燕山期片麻狀花崗巖體；構(gòu)造為崎峰茶—琉璃廟斷裂和青石嶺斷裂。崎峰茶—琉璃廟斷裂經(jīng)歷了多期活動，有較復(fù)雜的相對運動和變形過程，派生了一系列次級北東向及北西向小型斷裂，其北東端與青石嶺斷裂相接。青石嶺斷裂由南至北呈近南北向展布于云蒙山巖體西部。

1.興陽線G234 K132滑坡

該滑坡體位于公路東側(cè)山坡，坡向280°，修路切坡導(dǎo)致坡體下部坡度變陡，坡度為55°，自然坡度為25°。坡體地層巖性為太古界黑云角閃斜長片巖、黑云角閃變粒巖和黑云二長變粒巖，片理產(chǎn)狀為300°∠30°，中等風(fēng)化。該處主要發(fā)育的兩組節(jié)理產(chǎn)狀為100°∠70°、190°∠75°。在以上三組結(jié)構(gòu)面的切割下形成了該滑坡體。

2018年7月14日至17日，該處累計降雨量超過200毫米，雨水沿著裂隙滲入滑坡體，致使滑面抗滑力降低，在自重力的作用下，該滑坡體于7月17日至21日失穩(wěn)，造成50米長路面、1個路牌、多棵樹木損壞，交通中斷，體積約為0.4萬立方米（圖7、圖8）。

圖7 2018年7月21日興陽線G234 K132滑坡

圖8 興陽線G234 K132滑坡范圍示意圖

2. 興陽線G234 K128崩塌

該崩塌體所在坡體坡向300°、坡度約75°，位于云蒙山一帶片麻狀花崗巖體，該巖體為燕山晚期巖漿侵入的產(chǎn)物。該處發(fā)育三組節(jié)理，節(jié)理產(chǎn)狀分別為60°∠82°、270°∠39°、350°∠85°，將坡體切成塊狀。

2021年7月12日至16日該處連續(xù)降雨，雨水沿節(jié)理裂隙入滲至結(jié)構(gòu)面，抗滑力下降，在重力作用下發(fā)生失穩(wěn)，導(dǎo)致交通中斷（圖9）。

圖9 興陽線G234 K128崩塌結(jié)構(gòu)面分布示意圖

另外2021年7月13日和20日，興陽線還發(fā)生了兩處崩塌（圖10），崩塌原理與K128類似。

圖10 2021年7月20日興陽線G234 K142崩塌

結(jié)論

通過對興陽線（北京段）斜坡災(zāi)害發(fā)育區(qū)地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造以及典型斜坡災(zāi)害分析可得出：

（1）該路段沿線斜坡災(zāi)害隱患主要發(fā)育在丘陵、低山地貌區(qū)，相對高差小，因此災(zāi)害規(guī)模以小型為主；

（2）該路段斜坡災(zāi)害隱患發(fā)育的地層巖性為太古代和元古代地層以及巖漿巖分布區(qū)，巖石類型主要以堅硬巖和較堅硬巖為主，因此災(zāi)害類型以巖質(zhì)崩塌為主；

（3）興陽線斜坡災(zāi)害隱患主要分布在斷裂發(fā)育程度為中等至強烈區(qū)的斜坡，災(zāi)害隱患占比僅五成，其結(jié)構(gòu)面主要以節(jié)理面和巖層層面為主。

基于以上結(jié)論，在興陽線（北京段）斜坡災(zāi)害防治研究中，應(yīng)重點關(guān)注堅硬巖和較堅硬巖沿著節(jié)理面或?qū)永順?gòu)造面失穩(wěn)的力學(xué)機理。