大坝失事原因分析

1、大坝失事原因分析大坝失事原因分析勘查技术与工程戚利荣 2014110087 美国圣弗朗西斯水美国圣弗朗西斯水坝坝法国马尔帕塞拱坝法国马尔帕塞拱坝u圣 弗 朗 西 斯 坝圣弗朗西斯一加里福尼亚圣弗朗西斯一加里福尼亚 ( 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 弗弗朗西斯坝位于洛杉矶朗西斯坝位于洛杉矶 ( 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峡谷英里的圣弗朗西斯魁特峡谷 ( 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。该坝为拱形重年。该坝为拱形重力坝力坝 ,2 0 5 ,2 0 5英尺高英尺高 。其主体部分沿坝顶的。其主体部分沿坝顶的 曲线长度为曲线长度为700700英尺英尺 。该水。该水 库为洛杉库为洛杉矶供水系统的一矶供水系统的一 部分部分 , ,蓄水蓄水 近近 两两 年年 之之 后后 , , 于于 1 9 2 8 1 9 2 8年年 3 3 月月 5 5 日实际蓄日实际蓄满满 。 一周以后一周以后

3、, , 大坝在午夜时分崩溃大坝在午夜时分崩溃 , , 事先无任何警告迹象事先无任何警告迹象。大约在大约在 70 70 分钟分钟内内 , , 水库中水库中 3 8 0 0 0 3 8 0 0 0英亩一英尺英亩一英尺 ( 4 6 87 ( 4 6 87万万 立方立方 米米 ) )水的绝大部分冲向下游水的绝大部分冲向下游 , , 大坝下游一英里大坝下游一英里 处的最大水深为处的最大水深为 12 5 12 5英尺。英尺。 严重的损严重的损 害害 至至 少少 波及到波及到 下游下游38 38 英里处的桑塔英里处的桑塔 鲍拉鲍拉 ( S a nt a P a lu a ) ( S a nt a P a l

4、u a ) 镇。坝下洪峰流量估计高于每秒镇。坝下洪峰流量估计高于每秒500000500000立方英尺立方英尺，共有约共有约450450人丧生。人丧生。 u圣 弗 朗 西 斯 坝 调查表明,大坝的东坝肩建造在老滑波地段 , 其材料的阻滑能力甚微 ; 而且,大坝的其余部分建造在透水的砾岩地基上 , 该地基在干燥情况下的抗压强度不及大坝混凝土的四分之一 , 在潮湿情况下 , 无抗压强 度 可言。 大坝溃决前至少两个月 , 曾注意到坝中有两条斜裂缝 , 从坝顶到坝基 , 走向约 呈 4 5 角 。 极不幸的是 , 人们在发现裂缝时未曾认识到裂缝的意义。u圣 弗 朗 西 斯 坝 大坝失事的主要原因是基础

5、不稳，坝基软弱，岩层崩解，遭受冲刷和滑动。同时设计和施工也有不少缺限，不符合现代规范的许多要求。如没有进行基础灌浆、坝基排水不完善、没有检查廊道、 没有设收缩缝、设计时也没有考虑坝底扬压力的影响等。考虑到该水坝具有如此多种地质缺陷和工程缺陷 , 该坝居然维持了两年, 令人感叹不已 。建坝前的地质情况简介建坝前的地质情况简介 u马 尔 帕 塞 拱 坝u马 尔 帕 塞 拱 坝 马尔帕塞坝寿命很短。从马尔帕塞坝寿命很短。从19531953年年4 4月月1 1日开工日开工, ,在施在施工过程中未采用工过程中未采用围堰围堰, ,未设置较大的临时导流设施未设置较大的临时导流设施, ,仅在底部留一泄水槽仅在

6、底部留一泄水槽, ,导泄流量。泄水槽于导泄流量。泄水槽于19531953年年1111月底用混凝土封堵月底用混凝土封堵, ,坝体底部的泄水阀于坝体底部的泄水阀于19541954年年4 4月月2020日关闭日关闭, ,水库即开始充水。大坝于水库即开始充水。大坝于19591959年年1212月月2 2日下午日下午9 9时时1010分左右失事分左右失事, ,服务仅服务仅5 5年年7 7个月。个月。u马 尔 帕 塞 拱 坝平面图平面图 下游立面下游立面( (阴影部分为失事后残存坝体阴影部分为失事后残存坝体)u马 尔 帕 塞 拱 坝 拱坝失事的根本原因拱坝失事的根本原因, ,是左岸坝肩支座岩体是左岸坝肩支

7、座岩体, ,正好是上、正好是上、下游断层构成的断层破碎带岩体。导致坝基破坏上游断层更下游断层构成的断层破碎带岩体。导致坝基破坏上游断层更起了主要作用。大坝蓄水受力以后起了主要作用。大坝蓄水受力以后, ,上游断层受拉张开上游断层受拉张开, ,断断层破碎带物质抗剪和变形性能急剧下降层破碎带物质抗剪和变形性能急剧下降, ,而下游断层处于受而下游断层处于受压状态压状态, ,迫使坝基下渗透压力升高迫使坝基下渗透压力升高, ,致使左岸坝体上举致使左岸坝体上举, ,压压力释放的同时力释放的同时, ,渗透压力水流将破碎岩体挤出渗透压力水流将破碎岩体挤出, ,坝基遭到破坝基遭到破坏坏, ,随之库水对坝基破碎带岩

8、体进行了彻底的冲陶随之库水对坝基破碎带岩体进行了彻底的冲陶, ,形成了形成了巨大的巨大的“两面岩沟两面岩沟”。它使我们能够清楚地知道左岸坝基的地。它使我们能够清楚地知道左岸坝基的地质结构质结构, ,工程地质条件。工程地质条件。u马 尔 帕 塞 拱 坝 马尔帕塞坝左坝肩特殊的地质构造组合马尔帕塞坝左坝肩特殊的地质构造组合, ,垮垮坝是必然的。水库开始蓄水坝是必然的。水库开始蓄水, ,在水荷载的作在水荷载的作用下用下, ,断层破碎带的变形就开始了断层破碎带的变形就开始了, ,就潜伏就潜伏着溃坝的危机着溃坝的危机, ,随着变形的发展随着变形的发展, ,坝的位移坝的位移逐渐增加逐渐增加, ,当坝前水位

9、达到最高时当坝前水位达到最高时, ,坝基渗坝基渗透压力向极值发展透压力向极值发展, ,聚积的强大的渗透压力聚积的强大的渗透压力, ,使坝体沿坝肩岩坡上爬使坝体沿坝肩岩坡上爬, ,同时强大的渗透水同时强大的渗透水流由坝基下冲出流由坝基下冲出, ,顷刻左岸坝体遭到破坏顷刻左岸坝体遭到破坏, ,坝块被洪流冲走坝块被洪流冲走, ,拱坝就这样倒塌了拱坝就这样倒塌了! !（1 1） 坝基破坏。坝基破坏。坝体依靠与坝基和岸坡的紧密结合来抵抗外部荷载的作用，坝体依靠与坝基和岸坡的紧密结合来抵抗外部荷载的作用， 坝基若出现问题就坝基若出现问题就会直接威胁大坝的安全，据统计大约有会直接威胁大坝的安全，据统计大约有

10、 40% 40%的大坝失事是由基础引起的。坝基破坏主要由坝基地质缺的大坝失事是由基础引起的。坝基破坏主要由坝基地质缺陷或处理不当引起。在所有坝型中，由于钢筋混凝土坝、混凝土坝及堆石坝体型小、地基应力大、坝陷或处理不当引起。在所有坝型中，由于钢筋混凝土坝、混凝土坝及堆石坝体型小、地基应力大、坝体自身适应变形的能力差，因而对地基的要求较土石坝为高。（如法国马尔帕塞拱坝失事事件。）体自身适应变形的能力差，因而对地基的要求较土石坝为高。（如法国马尔帕塞拱坝失事事件。）（2 2） 泄流能力不足。泄流能力不足。泄水建筑物是水利枢纽的重要建筑物之一因为泄水建筑物存在问题特别是泄泄水建筑物是水利枢纽的重要建筑

11、物之一因为泄水建筑物存在问题特别是泄流能力的不足而造成水利枢纽损伤、故障进而失事的流能力的不足而造成水利枢纽损伤、故障进而失事的 仅土坝就占仅土坝就占44%44%左右，因此必须引起高度重视。左右，因此必须引起高度重视。（3 3） 渗流控制措施不当。渗流控制措施不当。水库蓄水后，必然通过坝体、坝基和坝端两岸产生渗流。水库蓄水后，必然通过坝体、坝基和坝端两岸产生渗流。 随着水位的随着水位的抬高，抬高， 基础孔隙水压力逐渐增加，可以使土体发生管涌、流土、接触冲刷和接触流土破坏，基础孔隙水压力逐渐增加，可以使土体发生管涌、流土、接触冲刷和接触流土破坏， 引起坝引起坝基和坝体破坏。基和坝体破坏。 若土石

12、坝碾压不密实，坝体内往往会形成隐患裂隙及通道或透水层，导致坝体浸润线若土石坝碾压不密实，坝体内往往会形成隐患裂隙及通道或透水层，导致坝体浸润线抬高，也可以引起坝体破坏。（美国圣弗朗西斯坝失事的外因就是渗流）抬高，也可以引起坝体破坏。（美国圣弗朗西斯坝失事的外因就是渗流）（4 4） 滑坡。滑坡。水库一般位于高山峡谷地区，水库一般位于高山峡谷地区， 常会遇到岸坡稳定问题，一旦滑坡发生，将造成很大的常会遇到岸坡稳定问题，一旦滑坡发生，将造成很大的危害。危害。 堵塞泄水建筑物，直接威胁建筑物的安全；大体积滑体高速滑入水库激起巨大涌浪，堵塞泄水建筑物，直接威胁建筑物的安全；大体积滑体高速滑入水库激起巨大

13、涌浪， 对大坝对大坝形成很大的冲击荷载，甚至漫顶，导致大坝失事，给下游人民的生命财产带来巨大损失（意大利的瓦形成很大的冲击荷载，甚至漫顶，导致大坝失事，给下游人民的生命财产带来巨大损失（意大利的瓦伊昂拱坝。）伊昂拱坝。）（5 5） 地震。地震。地震波碰到建筑物后，会引起建筑物的震动，因而在结构中产生复杂的剪应力和弯曲地震波碰到建筑物后，会引起建筑物的震动，因而在结构中产生复杂的剪应力和弯曲应力，从而使建筑物受到破坏，研究表明还没有因为地震而造成混凝土坝失事的事例发生。应力，从而使建筑物受到破坏，研究表明还没有因为地震而造成混凝土坝失事的事例发生。 （1 1）设计。）设计。水工建设是一个复杂过程

14、，涉及到水文、地质、岩土、地震、地质构造等多个学科，需要各个领域的 科学技术人员紧密配合，对筑坝可能性以及可能出 现的问题进行研究。对于复杂岩基和软弱土基，必须 针对地基材料和结构进行周密研究，采取必要的地 基处理措施等等。在作基础性研究工作的同时，有必要采取现代 计算技术和计算理论，对大坝施工和运行状态进行 数值模拟，以指导水工设计。例如利用大型有限元程 序对坝体影响区域进行静动力应力应变、渗流分析，研究各种因素对坝体应力场和渗流场的影响，对容易导致坝体失事的部位进行工程处理。（2 2） 施工。施工。 质量是工程的生命线， 据我国垮坝失事分析， 19541990 年， 由于施工质量问题而造成

15、水库失事 的占 38%，因此应给予足够的重视。 在工程建设中必 须严格按照国家的工程建设规定做，采取发包形式， 建设单位应对承担施工的单位进行资格审查。 施工 单位应具备与大坝工程规模相适应的施工能力和施 工经验，必须严格按施工承包合同施工。 大坝施工应 有严格的质量检查制度和质量控制系统， 对施工单 位进行监督、检查、评估和验收，以确保工程质量。（3 3） 管理。管理。完善的大坝管理制度是工程充分完善的大坝管理制度是工程充分发挥作用的前发挥作用的前 提，过去普遍存在有重建轻管的提，过去普遍存在有重建轻管的思想，国内外由于管思想，国内外由于管 理不善而导致大坝失事或理不善而导致大坝失事或损失加重的，举不胜举，如前面提到的马其胡损失加重的，举不胜举，如前面提到的马其胡垮坝事件。因此要建立和健全大坝管理机构，垮坝事件。因此要建立和健全大坝管理机构，对大坝进行定期养护、维修、安全监测，做到对大坝进行定期养护、维修、安全监测，做到专人专管、专门负责，责任明确。对承担防洪专人专管、专门负责，责任明确。对承担