大壩失事原因分析勘查技術(shù)與工程2014110087大壩失事原因分析

案例分析美國圣弗朗西斯水壩法國馬爾帕塞拱壩大壩失事原因分析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€長度為700英尺。該水庫為洛杉磯供水系統(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,事先無任何警告跡象。大約在70分鐘內(nèi),水庫中38000英畝一英尺(4687萬立方米)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。

大壩失事原因分析圣弗朗西斯壩

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,無抗壓強(qiáng)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45°角。極不幸的是,人們在發(fā)現(xiàn)裂縫時(shí)未曾認(rèn)識到裂縫的意義。大壩失事原因分析圣弗朗西斯壩

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。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。如沒有進(jìn)行基礎(chǔ)灌漿、壩基排水不完善、沒有檢查廊道、沒有設(shè)收縮縫、設(shè)計(jì)時(shí)也沒有考慮壩底揚(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。大壩失事原因分析建壩前的地質(zhì)情況簡介

馬爾帕塞拱壩位于法國東南部瓦爾(Var)省萊朗(Reyran)河上,壩址距河流入?？?4km。壩址地質(zhì)勘測工作始于1946年。由法國高等學(xué)校科魯瓦(M.corroy)教授于1946年11月15日和1948年5月11日提出過兩份地質(zhì)報(bào)告,相當(dāng)于我國河流規(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。馬爾帕塞拱壩大壩失事原因分析馬爾帕塞拱壩

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個月。大壩失事原因分析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)大壩失事原因分析馬爾帕塞拱壩

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,隨之庫水對壩基破碎帶巖體進(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。大壩失事原因分析馬爾帕塞拱壩

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!大壩失事原因分析大壩失事原因分析（1）壩基破壞。壩體依靠與壩基和岸坡的緊密結(jié)合來抵抗外部荷載的作用，壩基若出現(xiàn)問題就會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）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锎嬖趩栴}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)往往會形成隱患裂隙及通道或透水層，導(dǎo)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）（4）滑坡。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，對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，會引起建筑物的震動，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，研究表明還沒有因?yàn)榈卣鸲斐苫炷翂问碌氖吕l(fā)生。

大壩失事原因分析（1）設(shè)計(jì)。水工建設(shè)是一個復(fù)雜過程，涉及到水文、地質(zhì)、巖土、地震、地質(zhì)構(gòu)造等多個學(xué)科，需要各個領(lǐng)域的科學(xué)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(jìn)行研究。對于復(fù)雜巖基和軟弱土基，必須針對地基材料和結(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)行靜動力應(yīng)力應(yīng)變、滲流分析，研究各種因素對壩體應(yīng)力場和滲流場的影響，對容易導(dǎo)致壩體失事的部位進(jìn)行工程處理。

防止大壩失事對策探討（2）施工。

質(zhì)量是工程的生命線，據(jù)我國垮壩失事分析，1954～1990年，由于施工質(zhì)量問題而造成水庫失事的占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)，對施工單位進(jìn)行監(jiān)督、檢查、評估和驗(yàn)收，以確保工程質(zhì)量。大壩失事原因分析

防止大壩失事對策探討（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，過去普遍存在有重建輕管的思想，國內(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)，對大壩進(jìn)行定期養(yǎng)護(hù)、維修、安全監(jiān)測，