大壩失事原因分析

1、大壩失事原因分析大壩失事原因分析勘查技術(shù)與工程戚利榮 2014110087 美國(guó)圣弗朗西斯水美國(guó)圣弗朗西斯水壩壩法國(guó)馬爾帕塞拱壩法國(guó)馬爾帕塞拱壩u圣 弗 朗 西 斯 壩圣弗朗西斯一加里福尼亞圣弗朗西斯一加里福尼亞 ( St . F r a n e is ( St . F r a n e is 一一 C a lif o r n i a ) C a lif o r n i a ) 圣圣 弗弗朗西斯壩位于洛杉磯朗西斯壩位于洛杉磯 ( L os A n g e l e s ) ( L os A n g e l e s ) 北面北面4545英里的圣弗朗西斯魁特峽谷英里的圣弗朗西斯魁特峽谷 ( S o n

2、 F r a n c i s q u i t o C a n y o n ) ,( S o n F r a n c i s q u i t o C a n y o n ) ,建成于建成于19261926年。該壩為拱形重年。該壩為拱形重力壩力壩 ,2 0 5 ,2 0 5英尺高英尺高 。其主體部分沿壩頂?shù)?。其主體部分沿壩頂?shù)?曲線長(zhǎng)度為曲線長(zhǎng)度為700700英尺英尺 。該水。該水 庫(kù)為洛杉庫(kù)為洛杉磯供水系統(tǒng)的一磯供水系統(tǒng)的一 部分部分 , ,蓄水蓄水 近近 兩兩 年年 之之 后后 , , 于于 1 9 2 8 1 9 2 8年年 3 3 月月 5 5 日實(shí)際蓄日實(shí)際蓄滿滿 。 一周以后一周以后

3、, , 大壩在午夜時(shí)分崩潰大壩在午夜時(shí)分崩潰 , , 事先無(wú)任何警告跡象事先無(wú)任何警告跡象。大約在大約在 70 70 分鐘分鐘內(nèi)內(nèi) , , 水庫(kù)中水庫(kù)中 3 8 0 0 0 3 8 0 0 0英畝一英尺英畝一英尺 ( 4 6 87 ( 4 6 87萬(wàn)萬(wàn) 立方立方 米米 ) )水的絕大部分沖向下游水的絕大部分沖向下游 , , 大壩下游一英里大壩下游一英里 處的最大水深為處的最大水深為 12 5 12 5英尺。英尺。 嚴(yán)重的損嚴(yán)重的損 害害 至至 少少 波及到波及到 下游下游38 38 英里處的桑塔英里處的桑塔 鮑拉鮑拉 ( S a nt a P a lu a ) ( S a nt a P a l

4、u a ) 鎮(zhèn)。壩下洪峰流量估計(jì)高于每秒鎮(zhèn)。壩下洪峰流量估計(jì)高于每秒500000500000立方英尺立方英尺，共有約共有約450450人喪生。人喪生。 u圣 弗 朗 西 斯 壩 調(diào)查表明,大壩的東壩肩建造在老滑波地段 , 其材料的阻滑能力甚微 ; 而且,大壩的其余部分建造在透水的礫巖地基上 , 該地基在干燥情況下的抗壓強(qiáng)度不及大壩混凝土的四分之一 , 在潮濕情況下 , 無(wú)抗壓強(qiáng) 度 可言。 大壩潰決前至少兩個(gè)月 , 曾注意到壩中有兩條斜裂縫 , 從壩頂?shù)綁位?, 走向約 呈 4 5 角 。 極不幸的是 , 人們?cè)诎l(fā)現(xiàn)裂縫時(shí)未曾認(rèn)識(shí)到裂縫的意義。u圣 弗 朗 西 斯 壩 大壩失事的主要原因是基礎(chǔ)

5、不穩(wěn)，壩基軟弱，巖層崩解，遭受沖刷和滑動(dòng)。同時(shí)設(shè)計(jì)和施工也有不少缺限，不符合現(xiàn)代規(guī)范的許多要求。如沒(méi)有進(jìn)行基礎(chǔ)灌漿、壩基排水不完善、沒(méi)有檢查廊道、 沒(méi)有設(shè)收縮縫、設(shè)計(jì)時(shí)也沒(méi)有考慮壩底揚(yáng)壓力的影響等?？紤]到該水壩具有如此多種地質(zhì)缺陷和工程缺陷 , 該壩居然維持了兩年, 令人感嘆不已 。建壩前的地質(zhì)情況簡(jiǎn)介建壩前的地質(zhì)情況簡(jiǎn)介 u馬 爾 帕 塞 拱 壩u馬 爾 帕 塞 拱 壩 馬爾帕塞壩壽命很短。從馬爾帕塞壩壽命很短。從19531953年年4 4月月1 1日開(kāi)工日開(kāi)工, ,在施在施工過(guò)程中未采用工過(guò)程中未采用圍堰圍堰, ,未設(shè)置較大的臨時(shí)導(dǎo)流設(shè)施未設(shè)置較大的臨時(shí)導(dǎo)流設(shè)施, ,僅在底部留一泄水槽僅在

6、底部留一泄水槽, ,導(dǎo)泄流量。泄水槽于導(dǎo)泄流量。泄水槽于19531953年年1111月底用混凝土封堵月底用混凝土封堵, ,壩體底部的泄水閥于壩體底部的泄水閥于19541954年年4 4月月2020日關(guān)閉日關(guān)閉, ,水庫(kù)即開(kāi)始充水。大壩于水庫(kù)即開(kāi)始充水。大壩于19591959年年1212月月2 2日下午日下午9 9時(shí)時(shí)1010分左右失事分左右失事, ,服務(wù)僅服務(wù)僅5 5年年7 7個(gè)月。個(gè)月。u馬 爾 帕 塞 拱 壩平面圖平面圖 下游立面下游立面( (陰影部分為失事后殘存壩體陰影部分為失事后殘存壩體)u馬 爾 帕 塞 拱 壩 拱壩失事的根本原因拱壩失事的根本原因, ,是左岸壩肩支座巖體是左岸壩肩支

7、座巖體, ,正好是上、正好是上、下游斷層構(gòu)成的斷層破碎帶巖體。導(dǎo)致壩基破壞上游斷層更下游斷層構(gòu)成的斷層破碎帶巖體。導(dǎo)致壩基破壞上游斷層更起了主要作用。大壩蓄水受力以后起了主要作用。大壩蓄水受力以后, ,上游斷層受拉張開(kāi)上游斷層受拉張開(kāi), ,斷斷層破碎帶物質(zhì)抗剪和變形性能急劇下降層破碎帶物質(zhì)抗剪和變形性能急劇下降, ,而下游斷層處于受而下游斷層處于受壓狀態(tài)壓狀態(tài), ,迫使壩基下滲透壓力升高迫使壩基下滲透壓力升高, ,致使左岸壩體上舉致使左岸壩體上舉, ,壓壓力釋放的同時(shí)力釋放的同時(shí), ,滲透壓力水流將破碎巖體擠出滲透壓力水流將破碎巖體擠出, ,壩基遭到破壩基遭到破壞壞, ,隨之庫(kù)水對(duì)壩基破碎帶巖

8、體進(jìn)行了徹底的沖陶隨之庫(kù)水對(duì)壩基破碎帶巖體進(jìn)行了徹底的沖陶, ,形成了形成了巨大的巨大的“兩面巖溝兩面巖溝”。它使我們能夠清楚地知道左岸壩基的地。它使我們能夠清楚地知道左岸壩基的地質(zhì)結(jié)構(gòu)質(zhì)結(jié)構(gòu), ,工程地質(zhì)條件。工程地質(zhì)條件。u馬 爾 帕 塞 拱 壩 馬爾帕塞壩左壩肩特殊的地質(zhì)構(gòu)造組合馬爾帕塞壩左壩肩特殊的地質(zhì)構(gòu)造組合, ,垮垮壩是必然的。水庫(kù)開(kāi)始蓄水壩是必然的。水庫(kù)開(kāi)始蓄水, ,在水荷載的作在水荷載的作用下用下, ,斷層破碎帶的變形就開(kāi)始了斷層破碎帶的變形就開(kāi)始了, ,就潛伏就潛伏著潰壩的危機(jī)著潰壩的危機(jī), ,隨著變形的發(fā)展隨著變形的發(fā)展, ,壩的位移壩的位移逐漸增加逐漸增加, ,當(dāng)壩前水位

9、達(dá)到最高時(shí)當(dāng)壩前水位達(dá)到最高時(shí), ,壩基滲壩基滲透壓力向極值發(fā)展透壓力向極值發(fā)展, ,聚積的強(qiáng)大的滲透壓力聚積的強(qiáng)大的滲透壓力, ,使壩體沿壩肩巖坡上爬使壩體沿壩肩巖坡上爬, ,同時(shí)強(qiáng)大的滲透水同時(shí)強(qiáng)大的滲透水流由壩基下沖出流由壩基下沖出, ,頃刻左岸壩體遭到破壞頃刻左岸壩體遭到破壞, ,壩塊被洪流沖走壩塊被洪流沖走, ,拱壩就這樣倒塌了拱壩就這樣倒塌了! !（1 1） 壩基破壞。壩基破壞。壩體依靠與壩基和岸坡的緊密結(jié)合來(lái)抵抗外部荷載的作用，壩體依靠與壩基和岸坡的緊密結(jié)合來(lái)抵抗外部荷載的作用， 壩基若出現(xiàn)問(wèn)題就壩基若出現(xiàn)問(wèn)題就會(huì)直接威脅大壩的安全，據(jù)統(tǒng)計(jì)大約有會(huì)直接威脅大壩的安全，據(jù)統(tǒng)計(jì)大約有

10、 40% 40%的大壩失事是由基礎(chǔ)引起的。壩基破壞主要由壩基地質(zhì)缺的大壩失事是由基礎(chǔ)引起的。壩基破壞主要由壩基地質(zhì)缺陷或處理不當(dāng)引起。在所有壩型中，由于鋼筋混凝土壩、混凝土壩及堆石壩體型小、地基應(yīng)力大、壩陷或處理不當(dāng)引起。在所有壩型中，由于鋼筋混凝土壩、混凝土壩及堆石壩體型小、地基應(yīng)力大、壩體自身適應(yīng)變形的能力差，因而對(duì)地基的要求較土石壩為高。（如法國(guó)馬爾帕塞拱壩失事事件。）體自身適應(yīng)變形的能力差，因而對(duì)地基的要求較土石壩為高。（如法國(guó)馬爾帕塞拱壩失事事件。）（2 2） 泄流能力不足。泄流能力不足。泄水建筑物是水利樞紐的重要建筑物之一因?yàn)樾顾ㄖ锎嬖趩?wèn)題特別是泄泄水建筑物是水利樞紐的重要建筑

11、物之一因?yàn)樾顾ㄖ锎嬖趩?wèn)題特別是泄流能力的不足而造成水利樞紐損傷、故障進(jìn)而失事的流能力的不足而造成水利樞紐損傷、故障進(jìn)而失事的 僅土壩就占僅土壩就占44%44%左右，因此必須引起高度重視。左右，因此必須引起高度重視。（3 3） 滲流控制措施不當(dāng)。滲流控制措施不當(dāng)。水庫(kù)蓄水后，必然通過(guò)壩體、壩基和壩端兩岸產(chǎn)生滲流。水庫(kù)蓄水后，必然通過(guò)壩體、壩基和壩端兩岸產(chǎn)生滲流。 隨著水位的隨著水位的抬高，抬高， 基礎(chǔ)孔隙水壓力逐漸增加，可以使土體發(fā)生管涌、流土、接觸沖刷和接觸流土破壞，基礎(chǔ)孔隙水壓力逐漸增加，可以使土體發(fā)生管涌、流土、接觸沖刷和接觸流土破壞， 引起壩引起壩基和壩體破壞?；蛪误w破壞。 若土石

12、壩碾壓不密實(shí)，壩體內(nèi)往往會(huì)形成隱患裂隙及通道或透水層，導(dǎo)致壩體浸潤(rùn)線若土石壩碾壓不密實(shí)，壩體內(nèi)往往會(huì)形成隱患裂隙及通道或透水層，導(dǎo)致壩體浸潤(rùn)線抬高，也可以引起壩體破壞。（美國(guó)圣弗朗西斯壩失事的外因就是滲流）抬高，也可以引起壩體破壞。（美國(guó)圣弗朗西斯壩失事的外因就是滲流）（4 4） 滑坡?；?。水庫(kù)一般位于高山峽谷地區(qū)，水庫(kù)一般位于高山峽谷地區(qū)， 常會(huì)遇到岸坡穩(wěn)定問(wèn)題，一旦滑坡發(fā)生，將造成很大的常會(huì)遇到岸坡穩(wěn)定問(wèn)題，一旦滑坡發(fā)生，將造成很大的危害。危害。 堵塞泄水建筑物，直接威脅建筑物的安全；大體積滑體高速滑入水庫(kù)激起巨大涌浪，堵塞泄水建筑物，直接威脅建筑物的安全；大體積滑體高速滑入水庫(kù)激起巨大

13、涌浪， 對(duì)大壩對(duì)大壩形成很大的沖擊荷載，甚至漫頂，導(dǎo)致大壩失事，給下游人民的生命財(cái)產(chǎn)帶來(lái)巨大損失（意大利的瓦形成很大的沖擊荷載，甚至漫頂，導(dǎo)致大壩失事，給下游人民的生命財(cái)產(chǎn)帶來(lái)巨大損失（意大利的瓦伊昂拱壩。）伊昂拱壩。）（5 5） 地震。地震。地震波碰到建筑物后，會(huì)引起建筑物的震動(dòng)，因而在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生復(fù)雜的剪應(yīng)力和彎曲地震波碰到建筑物后，會(huì)引起建筑物的震動(dòng)，因而在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生復(fù)雜的剪應(yīng)力和彎曲應(yīng)力，從而使建筑物受到破壞，研究表明還沒(méi)有因?yàn)榈卣鸲斐苫炷翂问碌氖吕l(fā)生。應(yīng)力，從而使建筑物受到破壞，研究表明還沒(méi)有因?yàn)榈卣鸲斐苫炷翂问碌氖吕l(fā)生。 （1 1）設(shè)計(jì)。）設(shè)計(jì)。水工建設(shè)是一個(gè)復(fù)雜過(guò)程

14、，涉及到水文、地質(zhì)、巖土、地震、地質(zhì)構(gòu)造等多個(gè)學(xué)科，需要各個(gè)領(lǐng)域的 科學(xué)技術(shù)人員緊密配合，對(duì)筑壩可能性以及可能出 現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行研究。對(duì)于復(fù)雜巖基和軟弱土基，必須 針對(duì)地基材料和結(jié)構(gòu)進(jìn)行周密研究，采取必要的地 基處理措施等等。在作基礎(chǔ)性研究工作的同時(shí)，有必要采取現(xiàn)代 計(jì)算技術(shù)和計(jì)算理論，對(duì)大壩施工和運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行 數(shù)值模擬，以指導(dǎo)水工設(shè)計(jì)。例如利用大型有限元程 序?qū)误w影響區(qū)域進(jìn)行靜動(dòng)力應(yīng)力應(yīng)變、滲流分析，研究各種因素對(duì)壩體應(yīng)力場(chǎng)和滲流場(chǎng)的影響，對(duì)容易導(dǎo)致壩體失事的部位進(jìn)行工程處理。（2 2） 施工。施工。 質(zhì)量是工程的生命線， 據(jù)我國(guó)垮壩失事分析， 19541990 年， 由于施工質(zhì)量問(wèn)題而造成

15、水庫(kù)失事 的占 38%，因此應(yīng)給予足夠的重視。 在工程建設(shè)中必 須嚴(yán)格按照國(guó)家的工程建設(shè)規(guī)定做，采取發(fā)包形式， 建設(shè)單位應(yīng)對(duì)承擔(dān)施工的單位進(jìn)行資格審查。 施工 單位應(yīng)具備與大壩工程規(guī)模相適應(yīng)的施工能力和施 工經(jīng)驗(yàn)，必須嚴(yán)格按施工承包合同施工。 大壩施工應(yīng) 有嚴(yán)格的質(zhì)量檢查制度和質(zhì)量控制系統(tǒng)， 對(duì)施工單 位進(jìn)行監(jiān)督、檢查、評(píng)估和驗(yàn)收，以確保工程質(zhì)量。（3 3） 管理。管理。完善的大壩管理制度是工程充分完善的大壩管理制度是工程充分發(fā)揮作用的前發(fā)揮作用的前 提，過(guò)去普遍存在有重建輕管的提，過(guò)去普遍存在有重建輕管的思想，國(guó)內(nèi)外由于管思想，國(guó)內(nèi)外由于管 理不善而導(dǎo)致大壩失事或理不善而導(dǎo)致大壩失事或損失加重的，舉不勝舉，如前面提到的馬其胡損失加重的，舉不勝舉，如前面提到的馬其胡垮壩事件。因此要建立和健全大壩管理機(jī)構(gòu)，垮壩事件。因此要建立和健全大壩管理機(jī)構(gòu)，對(duì)大壩進(jìn)行定期養(yǎng)護(hù)、維修、安全監(jiān)測(cè)，做到對(duì)大壩進(jìn)行定期養(yǎng)護(hù)、維修、安全監(jiān)測(cè)，做到專人專管、專門負(fù)責(zé)，責(zé)任明確。對(duì)承擔(dān)防洪專人專管、專門負(fù)責(zé)，責(zé)任明確。對(duì)承擔(dān)