美國Teton土壩潰壩事故

1、美國Teton壩潰決一、工程概況Teton壩位于美國Idaho州的Teton河上，是一座防洪、發(fā)電、旅游、灌溉等綜合利用工程。大壩為土質肥心墻壩。最大壩高126.5m(至心墻齒槽底)。壩頂高程1625m，壩頂長945m。土基壩段壩上游坡：上部為1:2.5，下部為1:3.5。壩下游坡：上部為：1:2.0，下部為1:3.0。左岸為發(fā)電廠房，裝機16MW。右岸布置有3孔槽式溢洪道。該壩于1972年2月動工興建，1975年建成。圖1 位于節(jié)理流紋巖地基上的大壩典型剖面岸坡巖基壩段見圖1。肥心墻材料為含黏土及礫石的粉沙，上游坡為1:1.5，下游坡為1:1。心墻兩側為砂、卵石及礫石壩殼。大壩防滲心墻用開挖

2、深33.5m齒槽切斷沖積層，槽體用粉砂土回填。基底高程1554.5m以上的兩岸坡齒槽坡比為1:0.5(圖1)，槽體切斷上部厚70m的強透水巖體，槽身用與壩體相同的粉砂土回填。心墻下游面有一排水層，由篩選的砂及卵石填筑，但在心墻與砂層之間無過渡層。心墻底部與沖積層以及齒槽填土體與巖壁之間均無過渡層。在槽底沿壩全長設帷幕，最大幕深達91.44m。壩主剖面為單排孔灌漿帷幕，灌漿孔距為3.05m。兩岸齒槽下為3排孔灌漿帷幕，外側兩排孔距均為3.05m，中心排孔距6.10m。壩址位于Teton河谷的峽谷上。兩岸均為后第三系凝灰?guī)r，節(jié)理發(fā)育強烈，裂隙寬度一般達0.67.6cm，偶有30cm寬的裂隙。河床沖

3、積層厚約10m。在壩兩端覆蓋著約8m厚的風積粉土。在壩址進行過5個孔的巖石抽水試驗，抽水量超過380l/min，影響范圍估計達30km，巖石為強透水性。通過灌漿試驗表明，對表層強透水巖體采用深填土齒槽比灌漿處理更為經濟。二、潰壩過程 水庫于1975年11月開始蓄水。1976年春季庫水位迅速上升。擬定水庫水位上升限制速率為每天0.3m。由于降雨，水位上升速率在5月份達到每天1.2m。至6月5日潰壩時，庫水位已達1616.0m，僅低于溢流堰頂0.9m，低于壩頂9.0m。在大壩潰決前2天，即6月3日，在壩下游400460m右岸高程1532.51534.7m處發(fā)現(xiàn)有清水自巖石垂直裂隙流出。6月4日，距

4、壩60m高程1585.0m處冒清水，至該日晚9時，監(jiān)測表明滲水并未增大。6月5日晨，該滲水點出現(xiàn)窄長濕溝。稍后在上午7點，右側壩趾高程1537.7m處發(fā)現(xiàn)流混水，流量達(0.560.85)m3/s，在高程1585.0m也有混水出露，兩股水流有明顯加大趨勢。上午10點30分，有流量達0.42m3/s的水流自壩面流出，這同時聽到炸裂聲。隨即在壩下4.5m，在剛發(fā)現(xiàn)出水同一高處出現(xiàn)小的滲水。新的滲水迅速增大，并從與壩軸線大致垂直，直徑約1.8m的“隧洞”(壩軸線樁號15+25)中流出。上午11點，在樁號14+00附近水庫中出現(xiàn)漩渦。11點30分，靠近壩頂的下游壩出現(xiàn)下陷孔洞。11點55分，壩頂開始破

5、壞，形成水庫泄水溝槽。從發(fā)現(xiàn)流混水到壩開始破壞約經5h。耐人尋味的是，126.5m高的Teton土壩不在最大壩高的河岸壩段破壞，而在壩高相對較小的河岸壩段破壞；壩體潰決不發(fā)生在壩基為沖積層的河床壩段，而發(fā)生在壩基為巖基的岸坡壩段。11:30洞口繼續(xù)向上擴大，泥水沖蝕了壩基，主洞的上方又出現(xiàn)一滲水洞。流出的泥水開始沖擊壩趾處的設施。1976年6月5日上午10:30左右，下游壩面有水滲出并帶出泥土。12：00過后坍塌口加寬失事現(xiàn)場目前的狀況 圖2 潰壩過程照片三、 潰壩原因分析 圖3 槽底填土低應力區(qū)Teton壩潰決后，美國內務部及Idaho州組成以Chadwick W. L.為主席的Teton壩

6、潰原因調查的獨立專家組(Independent Panel to Review Cause of Tedon Dam Failure)，該專家組于1976年10月提出的Failure of Teton Dam的專門報告。與此同時，又組織了以Eikenberry F. W.為主席的美國內務部Teton潰壩審查組(U. S. Dept. of Interior Teton Dam Failure Review Group)，該審查組于1977年4月也提出了一個專門報告。以上述兩個報告為基礎，內務部審查組于1980年1月提出Teton潰壩調查最終報告。這3份關于Teton潰壩的官方文件隨即對外公開，

7、在這3個報告的基礎上，有關水工、地質及高校專家發(fā)表了許多文章。在一系列國際會議上將Teton潰壩原因作為討論主題。1987年Engineering Geology期刊14期合刊本登出了1985年在Purdue大學召開的以在壩失事為主題的國際研討會，Teton壩的失事是討論課題之一。Seed and Duncan, Fucik, Leps. Penman及Sherard等均在會上宣講了論文。專家們認為，由于岸坡壩段齒槽邊坡較陡(圖1)，巖體剛度較大，心墻土體在齒槽內形成支撐拱，拱下土體的自重應力減小。有限元分析表明，由于拱作用，槽內土體應力僅為土柱壓力的60%。在土拱的下部，貼近槽底有一層較松的土層(圖3)。因此，當庫水由巖石裂縫流至齒槽時，高壓水就會對齒槽土體產生劈裂而通向齒槽下游巖石裂隙，造成土體管涌或直接對槽底松土產生管涌(圖4)。圖4 Teton大壩破壞過程示意圖四、 小結 1985年在大壩失事國際研討會上，美國咨詢工程師She