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20141100872021/5/91

案例分析美國(guó)圣弗朗西斯水壩法國(guó)馬爾帕塞拱壩2021/5/92圣弗朗西斯壩圣弗朗西斯一加里福尼亞(St.Franeis一California)圣弗朗西斯壩位于洛杉磯(LosAngeles)北面45英里的圣弗朗西斯魁特峽谷(SonFrancisquitoCanyon),建成于1926年。該壩為拱形重力壩,205英尺高。其主體部分沿壩頂?shù)那€長(zhǎng)度為700英尺。該水庫(kù)為洛杉磯供水系統(tǒng)的一部分,蓄水近兩年之后,于1928年3月5日實(shí)際蓄滿。一周以后,大壩在午夜時(shí)分崩潰,事先無(wú)任何警告跡象。大約在70分鐘內(nèi),水庫(kù)中38000英畝一英尺(4687萬(wàn)立方米)水的絕大部分沖向下游,大壩下游一英里處的最大水深為125英尺。嚴(yán)重的損害至少波及到下游38英里處的桑塔·鮑拉(SantaPalua)鎮(zhèn)。壩下洪峰流量估計(jì)高于每秒500000立方英尺，共有約450人喪生。

2021/5/93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45°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。2021/5/94圣弗朗西斯壩

大壩失事的主要原因是基礎(chǔ)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。考慮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。2021/5/95建壩前的地質(zhì)情況簡(jiǎn)介

馬爾帕塞拱壩位于法國(guó)東南部瓦爾(Var)省萊朗(Reyran)河上,壩址距河流入海口14km。壩址地質(zhì)勘測(cè)工作始于1946年。由法國(guó)高等學(xué)?？启斖?M.corroy)教授于1946年11月15日和1948年5月11日提出過(guò)兩份地質(zhì)報(bào)告,相當(dāng)于我國(guó)河流規(guī)劃階段壩址選擇查勘工作。報(bào)告指出萊朗河河床沖積層較薄,河床中央可見基巖露頭,未做勘探工作。馬爾帕塞拱壩2021/5/96馬爾帕塞拱壩

馬爾帕塞壩壽命很短。從1953年4月1日開工,在施工過(guò)程中未采用圍堰,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,導(dǎo)泄流量。泄水槽于1953年11月底用混凝土封堵,壩體底部的泄水閥于1954年4月20日關(guān)閉,水庫(kù)即開始充水。大壩于1959年12月2日下午9時(shí)10分左右失事,服務(wù)僅5年7個(gè)月。2021/5/97馬爾帕塞拱壩平面圖

下游立面(陰影部分為失事后殘存壩體)2021/5/98馬爾帕塞拱壩

拱壩失事的根本原因,是左岸壩肩支座巖體,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起了主要作用。大壩蓄水受力以后,上游斷層受拉張開,斷層破碎帶物質(zhì)抗剪和變形性能急劇下降,而下游斷層處于受壓狀態(tài),迫使壩基下滲透壓力升高,致使左岸壩體上舉,壓力釋放的同時(shí),滲透壓力水流將破碎巖體擠出,壩基遭到破壞,隨之庫(kù)水對(duì)壩基破碎帶巖體進(jìn)行了徹底的沖陶,形成了巨大的“兩面巖溝”。它使我們能夠清楚地知道左岸壩基的地質(zhì)結(jié)構(gòu),工程地質(zhì)條件。2021/5/99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,垮壩是必然的。水庫(kù)開始蓄水,在水荷載的作用下,斷層破碎帶的變形就開始了,就潛伏著潰壩的危機(jī),隨著變形的發(fā)展,壩的位移逐漸增加,當(dāng)壩前水位達(dá)到最高時(shí),壩基滲透壓力向極值發(fā)展,聚積的強(qiáng)大的滲透壓力,使壩體沿壩肩巖坡上爬,同時(shí)強(qiáng)大的滲透水流由壩基下沖出,頃刻左岸壩體遭到破壞,壩塊被洪流沖走,拱壩就這樣倒塌了!2021/5/910大壩失事原因分析（1）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。）（2）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44%左右，因此必須引起高度重視。（3）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。隨著水位的抬高，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，引起壩基和壩體破壞。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）（4）滑坡。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，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（意大利的瓦伊昂拱壩。）（5）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。

2021/5/911（1）設(shè)計(jì)。水工建設(shè)是一個(gè)復(fù)雜過(guò)程，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。

防止大壩失事對(duì)策探討（2）施工。

質(zhì)量是工程的生命線，據(jù)我國(guó)垮壩失事分析，1954～1990年，由于施工質(zhì)量問(wèn)題而造成水庫(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。2021/5/912

防止大壩失事對(duì)策探討（3）管理。完善的大壩管理制度是工程充分發(fā)揮作用的前提，過(guò)去普遍存在有重建輕管的思想，國(guó)內(nèi)外由于管理不善而導(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)