紅旗渠總干渠滑坡成因分析及預(yù)防方案探討

□葛新衛(wèi)□鄧世順（林州市紅旗渠灌區(qū)管理局；河南省豫北水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院）

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紅旗渠總干渠滑坡成因分析及預(yù)防方案探討

□葛新衛(wèi)1□鄧世順2
（1林州市紅旗渠灌區(qū)管理局；2河南省豫北水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院）

摘要：滑坡作為一種主要地質(zhì)災(zāi)害，由于其產(chǎn)生的條件、作用因素、運(yùn)動(dòng)機(jī)理的多樣性、多變性和復(fù)雜性，預(yù)測(cè)的困難，治理費(fèi)用的昂貴，一直是世界各國(guó)研究的重要地質(zhì)和工程問(wèn)題之一。關(guān)于滑坡研究，由來(lái)已久。本文按靜力學(xué)觀點(diǎn)和理論，通過(guò)對(duì)紅旗渠總干渠趙所段35+700處渠岸滑坡原因探討分析，對(duì)紅旗渠總干渠滑坡提出了針對(duì)性的預(yù)防和處理措施，對(duì)同類(lèi)工程提供了參考。

關(guān)鍵詞：紅旗渠；滑坡；成因機(jī)制分析；滑坡預(yù)防

0前言

紅旗渠是20世紀(jì)60年代初，林州人民在極其艱難的條件下，從太行山腰修建的引漳入林工程，被人稱(chēng)之為“人工天河”?？偢汕?960年2月動(dòng)工修建，至1965年4月總干渠通水?？偢汕纳轿魇∑巾樋h石城鎮(zhèn)侯壁斷下設(shè)壩引水，沿濁漳河右岸，經(jīng)山西省石城鎮(zhèn)和王家莊鄉(xiāng)入林縣境；由河口到盧家拐村西穿越青年洞，沿露水河左岸，過(guò)趙所、陽(yáng)耳莊經(jīng)尖莊村到回山角折向東南至分水嶺，全長(zhǎng)70.60 km。總干渠多為矩形砌石斷面，渠底縱坡1/8000，渠底寬8 m。渠墻高4.30 m。設(shè)計(jì)正常流量20 m3/s。林縣人民在建設(shè)這項(xiàng)驚天地、泣鬼神的偉大工程中，鍛造了氣壯山河的"紅旗渠精神"。紅旗渠已不是單純的一項(xiàng)水利工程，它已成為民族精神的一個(gè)象征。然而，紅旗渠總干渠修建于20世紀(jì)60年代初期，受資金、技術(shù)條件的限制，總干渠均沿地形等高線(xiàn)修建，地形地質(zhì)條件較為復(fù)雜。當(dāng)時(shí)物資匱乏，渠墻使用土制白灰砂漿砌筑，經(jīng)過(guò)近50 a的運(yùn)行，渠道老化十分嚴(yán)重，渠道事故頻發(fā)。對(duì)渠道滑坡的預(yù)防與處理措施尤為重要。

1滑坡概況

2014年6月26日凌晨，紅旗渠總干渠趙所段35+700處發(fā)生渠岸滑坡，渠水水位約2~3 m，渠水從決口處下泄，并沖蝕渠道基礎(chǔ)，形成約34 m寬決口，下游道路沖毀，村莊受淹，損失嚴(yán)重。

地形地貌：林州地處太行山區(qū)，地勢(shì)西高東低。屬中山區(qū)，渠線(xiàn)在露水河左側(cè)支溝趙所西北山坡東緣山腰處繞行，渠線(xiàn)高程在470.50 m左右，河谷高程在445 m左右，坡頂高程在490~ 500 m以上，自然坡度30~40°不等，斜坡坡向70~80°，河谷走向150°。自然坡度較陡。

地質(zhì)構(gòu)造:本區(qū)位于太行山復(fù)背斜的軸部，林州斷裂的下盤(pán)北段邊緣，高角度斷裂構(gòu)造發(fā)育。受區(qū)域大斷裂林州斷裂影響，本區(qū)多表現(xiàn)為次級(jí)小斷裂，多為高角度正斷層，如F1、F14、F15等。本區(qū)西南部巖石傾向北東、傾角12~15°，溝谷以東巖石傾向北東、傾角20~25°，局部受構(gòu)造影響傾角25~40°。本區(qū)受構(gòu)造影響，巖石呈碎塊狀，產(chǎn)狀不甚明顯。

圖1　場(chǎng)區(qū)位置及區(qū)域地質(zhì)圖

地層巖性:本區(qū)主要出露地層，中下部以寒武系下統(tǒng)紫紅色頁(yè)巖、砂質(zhì)頁(yè)巖為主夾灰黃色泥灰?guī)r、泥質(zhì)灰，在坡腳下游、以及階地底部分布有第四系中更新統(tǒng)沖洪積重粉質(zhì)壤土，可塑狀態(tài)；其上為第四系坡積洪積塊石土（dlplQ3），主要以灰?guī)r塊石為主，粒徑5~50 cm至1~2 m塊石不等，充填物多為壤土或風(fēng)化殘積物。分布不均勻，多沿陡坡分布，抗剪強(qiáng)度較低，穩(wěn)定性較差。

水文地質(zhì)條件:本區(qū)地層以基巖為主，受構(gòu)造影響，裂隙發(fā)育，斷層附近巖石破碎，地下水較貧乏?；鶐r裂隙水一般埋深較深，以大氣降水補(bǔ)給為主。本區(qū)局部夾一套紫紅色頁(yè)巖或灰?guī)r頁(yè)巖互層，形成隔水層，加之上層張夏組中-厚層狀灰?guī)r裂隙發(fā)育，地下水易沿頁(yè)巖出露，但由于頁(yè)巖局部分布，地下水多通過(guò)斷裂帶滲入深層基巖。因此本區(qū)基巖仍以深層基巖裂隙水為主，少量存在淺層裂隙水。

2滑坡成因機(jī)制分析

滑坡是指邊坡上的巖土體在自然和人為因素影響下失去穩(wěn)定，沿貫通的破壞面（或帶）整體或局部下滑的現(xiàn)象。

從力學(xué)觀點(diǎn)上講，就是土坡整體或局部失穩(wěn)的問(wèn)題。利用斜坡簡(jiǎn)單力學(xué)模型則穩(wěn)定性安全系數(shù)：

式中：ω為土體自重；q為外荷載；β為斜坡坡角；c為土粘聚力；φ為土摩擦角。

從（1）式可以看出，影響斜坡的穩(wěn)定性就是改變其滑動(dòng)力和抗滑力的相對(duì)關(guān)系。當(dāng)滑動(dòng)力增大，即ω滑向分量、外載荷q增大，表現(xiàn)為外部作用影響；當(dāng)抗滑力減弱，即粘聚力c、摩擦角變化，表現(xiàn)為自身因素變化。這都會(huì)使斜坡穩(wěn)定性安全系數(shù)減小，導(dǎo)致滑坡發(fā)生的可能，即滑坡的成因有自身因素和外部因素共同作用。對(duì)于本次滑坡的滑動(dòng)機(jī)制，采用以上理論進(jìn)行分析：

2.1自身因素

①地形：該處位于坡積塊石土層的前緣，為一凸出的斜坡。自然坡度30~40°不等，個(gè)別位置可達(dá)50°以上，斜坡坡向?yàn)?0~80°，河谷走向?yàn)?50°。溝底高程為440~447 m，坡頂高程為487~490 m，高差約40~50 m。自然坡度β較大，則ω滑向分量較大。②地層：渠底以下坡積物厚約3~4 m，為壤土含碎（塊）石，較松散，局部有架空現(xiàn)象（見(jiàn)圖2）。其下為中粉質(zhì)壤土及碎石夾土?？辜魪?qiáng)度指標(biāo)c、φ較低。③構(gòu)造：根據(jù)遙感解譯資料，滑坡東側(cè)約0.75 km，“林縣斷裂”以72°走向通過(guò)，林縣斷裂的次級(jí)小斷層，如F1、F14、F15等影響本區(qū)。斷層破碎帶發(fā)育，巖體裂隙發(fā)育，強(qiáng)-全風(fēng)化，碎塊結(jié)構(gòu)，雖無(wú)明顯的產(chǎn)狀，但總體依然傾向下游，且傾角變化較大，在25-40度之間，在河谷流水下切侵蝕后，多會(huì)形成臨空面，且該角底比自然坡角角度小，兩者一起形成緩傾角結(jié)構(gòu)面，為產(chǎn)生滑坡提供了條件。

2.2外部因素

①紅旗渠總干渠修建于20世紀(jì)60年代初期，當(dāng)時(shí)物資匱乏，渠墻使用土制白灰砂漿砌筑，經(jīng)過(guò)近50年的運(yùn)行，渠道老化十分嚴(yán)重，局部渠體內(nèi)墻變形塌落，外墻出現(xiàn)勾縫脫落，造成渠水繞滲產(chǎn)生不均勻沉降，影響地基的穩(wěn)定。②事故發(fā)生前當(dāng)?shù)亟涤炅枯^大，據(jù)河南省雨量簡(jiǎn)明查詢(xún)系統(tǒng)，僅6月19日12:00-20: 00，任村站實(shí)測(cè)降雨44.50 cm，6月18日16:00-20:00，任村站實(shí)測(cè)降雨26.20 cm。

滑坡即是雨水和渠水，在重力作用下，從渠底及渠側(cè)沿透水性較強(qiáng)的坡積物下滲至相對(duì)不透水的中粉質(zhì)壤土層，結(jié)合面土體含水量升高，其強(qiáng)度及抗剪能力銳減，產(chǎn)生沿松散巖層中的粘性土夾層滑坡，而最終導(dǎo)致渠道整體滑塌。

圖2　滑坡段沖溝左右岸坡積物圖

3結(jié)論與建議

根據(jù)滑坡成因機(jī)制分析，紅旗渠總干渠上滑坡防治主要任務(wù)在于減小滑動(dòng)力和加大抗滑力。由于紅旗渠總干渠地形復(fù)雜，地勢(shì)陡峭，可能滑坡地段多為近直立邊坡，防治滑坡常用的減重和反壓以及支擋工程在總干渠作用不大。針對(duì)地形、地層、構(gòu)造等自身因素差的地段，可采取以下預(yù)防措施：①繞避：滑坡所處的地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造是滑坡發(fā)生的重要內(nèi)在因素。紅旗渠總干渠修建于20世紀(jì)60年代初期，受資金、技術(shù)條件的限制，總干渠均沿地形等高線(xiàn)修建，地形地質(zhì)條件復(fù)雜，很多地段已經(jīng)多次發(fā)生滑坡，治理效果很差。同時(shí)，紅旗渠總干渠經(jīng)過(guò)太行山系，寒武系中統(tǒng)張夏組(∈2)中厚-厚層狀鮞狀灰?guī)r分布較廣，適合開(kāi)采隧洞，直接跨過(guò)山前復(fù)雜地質(zhì)條件區(qū)。就現(xiàn)在的技術(shù)條件，對(duì)局部渠道采取隧洞進(jìn)行繞避，可很好就解決因地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造地段的渠道滑坡問(wèn)題。典型地段如王家莊滑坡段、山西省石城鎮(zhèn)4+000滑坡段等。②地下水排水：地下水的因素在滑坡中向來(lái)是重要的一環(huán)。地下水排水主要采用平孔、支撐盲溝、滲水盲洞等工程進(jìn)行排水。其最大優(yōu)點(diǎn)是可以自流排水，降低可能滑坡地段地下水位，從而避免降雨后地下水位升高造成土體的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c、φ較低。這在整個(gè)總干渠都可以進(jìn)行，特別是在河口村上游段。該段地下水位與與渠底相差不大，降水后，地下水水位降低，土體的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c、φ升高，排水防止滑坡的效果較好。③滑帶土改良：滑帶土是指滑坡發(fā)生時(shí)上部滑體下覆的滑帶土體（巖體），是滑坡發(fā)生重要因素?；瑤粮牧寄康脑谟谔岣呋瑤恋膹?qiáng)度，增加滑坡自抗滑力。常見(jiàn)的方法有焙燒法、化學(xué)灌漿法和爆破法。具體到紅旗渠總干渠來(lái)說(shuō)，可以采用綠化的方法提高斜坡的抗滑性，即種植根系發(fā)達(dá)的藤本類(lèi)植物，提高土壤的抗滑力，減少滑坡的發(fā)生，同時(shí)也可提高森林綠化率。適應(yīng)地點(diǎn)：山西省石城鎮(zhèn)4+000段、趙所段、馬家?guī)r下游段。④渠道除險(xiǎn)加固與技術(shù)改造：紅旗渠總干渠修建于20世紀(jì)60年代初期，當(dāng)時(shí)物資匱乏，渠墻使用土制白灰砂漿砌筑，經(jīng)過(guò)近50 a的運(yùn)行，渠道老化，局部滲水嚴(yán)重，多處渠道塌陷。因此，應(yīng)對(duì)渠道進(jìn)行除險(xiǎn)加固與技術(shù)改造。適應(yīng)地點(diǎn)：總干渠全段。

（責(zé)任編輯：韋詩(shī)佳）

收稿日期：2015-10-19

中圖分類(lèi)號(hào)：P694

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1673-8853（2016）01-0092-02