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 美國圣弗朗西斯水美國圣弗朗西斯水壩壩法國馬爾帕塞拱壩法國馬爾帕塞拱壩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)?曲線長度為曲線長度為700700英尺英尺 。該水。該水 庫為洛杉庫為洛杉磯供水系統(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 日實際蓄日實際蓄滿滿 。 一周以后一周以后

3、, , 大壩在午夜時分崩潰大壩在午夜時分崩潰 , , 事先無任何警告跡象事先無任何警告跡象。大約在大約在 70 70 分鐘分鐘內(nèi)內(nèi) , , 水庫中水庫中 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 87萬萬 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。 嚴重的損嚴重的損 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)。壩下洪峰流量估計高于每秒鎮(zhèn)。壩下洪峰流量估計高于每秒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度不及大壩混凝土的四分之一 , 在潮濕情況下 , 無抗壓強 度 可言。 大壩潰決前至少兩個月 , 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 , 人們在發(fā)現(xiàn)裂縫時未曾認識到裂縫的意義。u圣 弗 朗 西 斯 壩 大壩失事的主要原因是基礎

5、不穩(wěn)，壩基軟弱，巖層崩解，遭受沖刷和滑動。同時設計和施工也有不少缺限，不符合現(xiàn)代規(guī)范的許多要求。如沒有進行基礎灌漿、壩基排水不完善、沒有檢查廊道、 沒有設收縮縫、設計時也沒有考慮壩底揚壓力的影響等?？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)情況簡介建壩前的地質(zhì)情況簡介 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日開工日開工, ,在施在施工過程中未采用工過程中未采用圍堰圍堰, ,未設置較大的臨時導流設施未設置較大的臨時導流設施, ,僅在底部留一泄水槽僅在

6、底部留一泄水槽, ,導泄流量。泄水槽于導泄流量。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日關閉日關閉, ,水庫即開始充水。大壩于水庫即開始充水。大壩于19591959年年1212月月2 2日下午日下午9 9時時1010分左右失事分左右失事, ,服務僅服務僅5 5年年7 7個月。個月。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, ,上游斷層受拉張開上游斷層受拉張開, ,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, ,壓壓力釋放的同時力釋放的同時, ,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, ,隨之庫水對壩基破碎帶巖

8、體進行了徹底的沖陶隨之庫水對壩基破碎帶巖體進行了徹底的沖陶, ,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。水庫開始蓄水壩是必然的。水庫開始蓄水, ,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始了斷層破碎帶的變形就開始了, ,就潛伏就潛伏著潰壩的危機著潰壩的危機, ,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, ,當壩前水位

9、達到最高時當壩前水位達到最高時, ,壩基滲壩基滲透壓力向極值發(fā)展透壓力向極值發(fā)展, ,聚積的強大的滲透壓力聚積的強大的滲透壓力, ,使壩體沿壩肩巖坡上爬使壩體沿壩肩巖坡上爬, ,同時強大的滲透水同時強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)合來抵抗外部荷載的作用， 壩基若出現(xiàn)問題就壩基若出現(xiàn)問題就會直接威脅大壩的安全，據(jù)統(tǒng)計大約有會直接威脅大壩的安全，據(jù)統(tǒng)計大約有

10、 40% 40%的大壩失事是由基礎引起的。壩基破壞主要由壩基地質(zhì)缺的大壩失事是由基礎引起的。壩基破壞主要由壩基地質(zhì)缺陷或處理不當引起。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、地基應力大、壩陷或處理不當引起。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、地基應力大、壩體自身適應變形的能力差，因而對地基的要求較土石壩為高。（如法國馬爾帕塞拱壩失事事件。）體自身適應變形的能力差，因而對地基的要求較土石壩為高。（如法國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為泄水建筑物存在問題特別是泄泄水建筑物是水利樞紐的重要建筑

11、物之一因為泄水建筑物存在問題特別是泄流能力的不足而造成水利樞紐損傷、故障進而失事的流能力的不足而造成水利樞紐損傷、故障進而失事的 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。滲流控制措施不當。水庫蓄水后，必然通過壩體、壩基和壩端兩岸產(chǎn)生滲流。水庫蓄水后，必然通過壩體、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，壩體內(nèi)往往會形成隱患裂隙及通道或透水層，導致壩體浸潤線若土石壩碾壓不密實，壩體內(nèi)往往會形成隱患裂隙及通道或透水層，導致壩體浸潤線抬高，也可以引起壩體破壞。（美國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。（美國圣弗朗西斯壩失事的外因就是滲流）（4 4） 滑坡。滑坡。水庫一般位于高山峽谷地區(qū)，水庫一般位于高山峽谷地區(qū)， 常會遇到岸坡穩(wěn)定問題，一旦滑坡發(fā)生，將造成很大的常會遇到岸坡穩(wěn)定問題，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激起巨大

13、涌浪， 對大壩對大壩形成很大的沖擊荷載，甚至漫頂，導致大壩失事，給下游人民的生命財產(chǎn)帶來巨大損失（意大利的瓦形成很大的沖擊荷載，甚至漫頂，導致大壩失事，給下游人民的生命財產(chǎn)帶來巨大損失（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，會引起建筑物的震動，因而在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生復雜的剪應力和彎曲地震波碰到建筑物后，會引起建筑物的震動，因而在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生復雜的剪應力和彎曲應力，從而使建筑物受到破壞，研究表明還沒有因為地震而造成混凝土壩失事的事例發(fā)生。應力，從而使建筑物受到破壞，研究表明還沒有因為地震而造成混凝土壩失事的事例發(fā)生。 （1 1）設計。）設計。水工建設是一個復雜過程

14、，涉及到水文、地質(zhì)、巖土、地震、地質(zhì)構(gòu)造等多個學科，需要各個領域的 科學技術(shù)人員緊密配合，對筑壩可能性以及可能出 現(xiàn)的問題進行研究。對于復雜巖基和軟弱土基，必須 針對地基材料和結(jié)構(gòu)進行周密研究，采取必要的地 基處理措施等等。在作基礎性研究工作的同時，有必要采取現(xiàn)代 計算技術(shù)和計算理論，對大壩施工和運行狀態(tài)進行 數(shù)值模擬，以指導水工設計。例如利用大型有限元程 序?qū)误w影響區(qū)域進行靜動力應力應變、滲流分析，研究各種因素對壩體應力場和滲流場的影響，對容易導致壩體失事的部位進行工程處理。（2 2） 施工。施工。 質(zhì)量是工程的生命線， 據(jù)我國垮壩失事分析， 19541990 年， 由于施工質(zhì)量問題而造成

15、水庫失事 的占 38%，因此應給予足夠的重視。 在工程建設中必 須嚴格按照國家的工程建設規(guī)定做，采取發(fā)包形式， 建設單位應對承擔施工的單位進行資格審查。 施工 單位應具備與大壩工程規(guī)模相適應的施工能力和施 工經(jīng)驗，必須嚴格按施工承包合同施工。 大壩施工應 有嚴格的質(zhì)量檢查制度和質(zhì)量控制系統(tǒng)， 對施工單 位進行監(jiān)督、檢查、評估和驗收，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，過去普遍存在有重建輕管的提，過去普遍存在有重建輕管的思想，國內(nèi)外由于管思想，國內(nèi)外由于管 理不善而導致大壩失事或理不善而導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構(gòu)，垮壩事件。因此要建立和健全大壩管理機構(gòu)，對大壩進行定期養(yǎng)護、維修、安全監(jiān)測，做到對大壩進行定期養(yǎng)護、維修、安全監(jiān)測，做到專人專管、專門負責，責任明確。對承擔防洪專人專管、專門負責，責任明確。對承擔