红旗渠总干渠滑坡成因分析及预防方案探讨

□葛新卫□邓世顺（林州市红旗渠灌区管理局；河南省豫北水利勘测设计院）



红旗渠总干渠滑坡成因分析及预防方案探讨

□葛新卫1□邓世顺2
（1林州市红旗渠灌区管理局；2河南省豫北水利勘测设计院）

摘要：滑坡作为一种主要地质灾害，由于其产生的条件、作用因素、运动机理的多样性、多变性和复杂性，预测的困难，治理费用的昂贵，一直是世界各国研究的重要地质和工程问题之一。关于滑坡研究，由来已久。本文按静力学观点和理论，通过对红旗渠总干渠赵所段35+700处渠岸滑坡原因探讨分析，对红旗渠总干渠滑坡提出了针对性的预防和处理措施，对同类工程提供了参考。

关键词：红旗渠；滑坡；成因机制分析；滑坡预防

0前言

红旗渠是20世纪60年代初，林州人民在极其艰难的条件下，从太行山腰修建的引漳入林工程，被人称之为“人工天河”。总干渠于1960年2月动工修建，至1965年4月总干渠通水。总干渠从山西省平顺县石城镇侯壁断下设坝引水，沿浊漳河右岸，经山西省石城镇和王家庄乡入林县境；由河口到卢家拐村西穿越青年洞，沿露水河左岸，过赵所、阳耳庄经尖庄村到回山角折向东南至分水岭，全长70.60 km。总干渠多为矩形砌石断面，渠底纵坡1/8000，渠底宽8 m。渠墙高4.30 m。设计正常流量20 m3/s。林县人民在建设这项惊天地、泣鬼神的伟大工程中，锻造了气壮山河的"红旗渠精神"。红旗渠已不是单纯的一项水利工程，它已成为民族精神的一个象征。然而，红旗渠总干渠修建于20世纪60年代初期，受资金、技术条件的限制，总干渠均沿地形等高线修建，地形地质条件较为复杂。当时物资匮乏，渠墙使用土制白灰砂浆砌筑，经过近50 a的运行，渠道老化十分严重，渠道事故频发。对渠道滑坡的预防与处理措施尤为重要。

1滑坡概况

2014年6月26日凌晨，红旗渠总干渠赵所段35+700处发生渠岸滑坡，渠水水位约2~3 m，渠水从决口处下泄，并冲蚀渠道基础，形成约34 m宽决口，下游道路冲毁，村庄受淹，损失严重。

地形地貌：林州地处太行山区，地势西高东低。属中山区，渠线在露水河左侧支沟赵所西北山坡东缘山腰处绕行，渠线高程在470.50 m左右，河谷高程在445 m左右，坡顶高程在490~ 500 m以上，自然坡度30~40°不等，斜坡坡向70~80°，河谷走向150°。自然坡度较陡。

地质构造:本区位于太行山复背斜的轴部，林州断裂的下盘北段边缘，高角度断裂构造发育。受区域大断裂林州断裂影响，本区多表现为次级小断裂，多为高角度正断层，如F1、F14、F15等。本区西南部岩石倾向北东、倾角12~15°，沟谷以东岩石倾向北东、倾角20~25°，局部受构造影响倾角25~40°。本区受构造影响，岩石呈碎块状，产状不甚明显。

图1　场区位置及区域地质图

地层岩性:本区主要出露地层，中下部以寒武系下统紫红色页岩、砂质页岩为主夹灰黄色泥灰岩、泥质灰，在坡脚下游、以及阶地底部分布有第四系中更新统冲洪积重粉质壤土，可塑状态；其上为第四系坡积洪积块石土（dlplQ3），主要以灰岩块石为主，粒径5~50 cm至1~2 m块石不等，充填物多为壤土或风化残积物。分布不均匀，多沿陡坡分布，抗剪强度较低，稳定性较差。

水文地质条件:本区地层以基岩为主，受构造影响，裂隙发育，断层附近岩石破碎，地下水较贫乏。基岩裂隙水一般埋深较深，以大气降水补给为主。本区局部夹一套紫红色页岩或灰岩页岩互层，形成隔水层，加之上层张夏组中-厚层状灰岩裂隙发育，地下水易沿页岩出露，但由于页岩局部分布，地下水多通过断裂带渗入深层基岩。因此本区基岩仍以深层基岩裂隙水为主，少量存在浅层裂隙水。

2滑坡成因机制分析

滑坡是指边坡上的岩土体在自然和人为因素影响下失去稳定，沿贯通的破坏面（或带）整体或局部下滑的现象。

从力学观点上讲，就是土坡整体或局部失稳的问题。利用斜坡简单力学模型则稳定性安全系数：

式中：ω为土体自重；q为外荷载；β为斜坡坡角；c为土粘聚力；φ为土摩擦角。

从（1）式可以看出，影响斜坡的稳定性就是改变其滑动力和抗滑力的相对关系。当滑动力增大，即ω滑向分量、外载荷q增大，表现为外部作用影响；当抗滑力减弱，即粘聚力c、摩擦角变化，表现为自身因素变化。这都会使斜坡稳定性安全系数减小，导致滑坡发生的可能，即滑坡的成因有自身因素和外部因素共同作用。对于本次滑坡的滑动机制，采用以上理论进行分析：

2.1自身因素

①地形：该处位于坡积块石土层的前缘，为一凸出的斜坡。自然坡度30~40°不等，个别位置可达50°以上，斜坡坡向为70~80°，河谷走向为150°。沟底高程为440~447 m，坡顶高程为487~490 m，高差约40~50 m。自然坡度β较大，则ω滑向分量较大。②地层：渠底以下坡积物厚约3~4 m，为壤土含碎（块）石，较松散，局部有架空现象（见图2）。其下为中粉质壤土及碎石夹土。抗剪强度指标c、φ较低。③构造：根据遥感解译资料，滑坡东侧约0.75 km，“林县断裂”以72°走向通过，林县断裂的次级小断层，如F1、F14、F15等影响本区。断层破碎带发育，岩体裂隙发育，强-全风化，碎块结构，虽无明显的产状，但总体依然倾向下游，且倾角变化较大，在25-40度之间，在河谷流水下切侵蚀后，多会形成临空面，且该角底比自然坡角角度小，两者一起形成缓倾角结构面，为产生滑坡提供了条件。

2.2外部因素

①红旗渠总干渠修建于20世纪60年代初期，当时物资匮乏，渠墙使用土制白灰砂浆砌筑，经过近50年的运行，渠道老化十分严重，局部渠体内墙变形塌落，外墙出现勾缝脱落，造成渠水绕渗产生不均匀沉降，影响地基的稳定。②事故发生前当地降雨量较大，据河南省雨量简明查询系统，仅6月19日12:00-20: 00，任村站实测降雨44.50 cm，6月18日16:00-20:00，任村站实测降雨26.20 cm。

滑坡即是雨水和渠水，在重力作用下，从渠底及渠侧沿透水性较强的坡积物下渗至相对不透水的中粉质壤土层，结合面土体含水量升高，其强度及抗剪能力锐减，产生沿松散岩层中的粘性土夹层滑坡，而最终导致渠道整体滑塌。

图2　滑坡段冲沟左右岸坡积物图

3结论与建议

根据滑坡成因机制分析，红旗渠总干渠上滑坡防治主要任务在于减小滑动力和加大抗滑力。由于红旗渠总干渠地形复杂，地势陡峭，可能滑坡地段多为近直立边坡，防治滑坡常用的减重和反压以及支挡工程在总干渠作用不大。针对地形、地层、构造等自身因素差的地段，可采取以下预防措施：①绕避：滑坡所处的地形地貌、地质构造是滑坡发生的重要内在因素。红旗渠总干渠修建于20世纪60年代初期，受资金、技术条件的限制，总干渠均沿地形等高线修建，地形地质条件复杂，很多地段已经多次发生滑坡，治理效果很差。同时，红旗渠总干渠经过太行山系，寒武系中统张夏组(∈2)中厚-厚层状鲕状灰岩分布较广，适合开采隧洞，直接跨过山前复杂地质条件区。就现在的技术条件，对局部渠道采取隧洞进行绕避，可很好就解决因地形地貌、地质构造地段的渠道滑坡问题。典型地段如王家庄滑坡段、山西省石城镇4+000滑坡段等。②地下水排水：地下水的因素在滑坡中向来是重要的一环。地下水排水主要采用平孔、支撑盲沟、渗水盲洞等工程进行排水。其最大优点是可以自流排水，降低可能滑坡地段地下水位，从而避免降雨后地下水位升高造成土体的抗剪强度指标c、φ较低。这在整个总干渠都可以进行，特别是在河口村上游段。该段地下水位与与渠底相差不大，降水后，地下水水位降低，土体的抗剪强度指标c、φ升高，排水防止滑坡的效果较好。③滑带土改良：滑带土是指滑坡发生时上部滑体下覆的滑带土体（岩体），是滑坡发生重要因素。滑带土改良目的在于提高滑带土的强度，增加滑坡自抗滑力。常见的方法有焙烧法、化学灌浆法和爆破法。具体到红旗渠总干渠来说，可以采用绿化的方法提高斜坡的抗滑性，即种植根系发达的藤本类植物，提高土壤的抗滑力，减少滑坡的发生，同时也可提高森林绿化率。适应地点：山西省石城镇4+000段、赵所段、马家岩下游段。④渠道除险加固与技术改造：红旗渠总干渠修建于20世纪60年代初期，当时物资匮乏，渠墙使用土制白灰砂浆砌筑，经过近50 a的运行，渠道老化，局部渗水严重，多处渠道塌陷。因此，应对渠道进行除险加固与技术改造。适应地点：总干渠全段。

（责任编辑：韦诗佳）

收稿日期：2015-10-19

中图分类号：P694

文献标志码：B

文章编号：1673-8853（2016）01-0092-02