大坝失事原因分析.ppt

大坝失事原因分析 勘查技术与工程戚利荣2014110087 案例分析 美国圣弗朗西斯水坝 法国马尔帕塞拱坝 圣弗朗西斯坝 圣弗朗西斯一加里福尼亚 St Franeis一California 圣弗朗西斯坝位于洛杉矶 LosAngeles 北面45英里的圣弗朗西斯魁特峡谷 SonFrancisquitoCanyon 建成于1926年 该坝为拱形重力坝 205英尺高 其主体部分沿坝顶的曲线长度为700英尺 该水库为洛杉矶供水系统的一部分 蓄水近两年之后 于1928年3月5日实际蓄满 一周以后 大坝在午夜时分崩溃 事先无任何警告迹象 大约在70分钟内 水库中38000英亩一英尺 4687万立方米 水的绝大部分冲向下游 大坝下游一英里处的最大水深为125英尺 严重的损害至少波及到下游38英里处的桑塔 鲍拉 SantaPalua 镇 坝下洪峰流量估计高于每秒500000立方英尺 共有约450人丧生 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45 角 极不幸的是 人们在发现裂缝时未曾认识到裂缝的意义 圣弗朗西斯坝 大坝失事的主要原因是基础不稳 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 马尔帕塞拱坝位于法国东南部瓦尔 Var 省莱朗 Reyran 河上 坝址距河流入海口14km 坝址地质勘测工作始于1946年 由法国高等学校科鲁瓦 M corroy 教授于1946年11月15日和1948年5月11日提出过两份地质报告 相当于我国河流规划阶段坝址选择查勘工作 报告指出莱朗河河床冲积层较薄 河床中央可见基岩露头 未做勘探工作 马尔帕塞拱坝 马尔帕塞拱坝 马尔帕塞坝寿命很短 从1953年4月1日开工 在施工过程中未采用围堰 未设置较大的临时导流设施 仅在底部留一泄水槽 导泄流量 泄水槽于1953年11月底用混凝土封堵 坝体底部的泄水阀于1954年4月20日关闭 水库即开始充水 大坝于1959年12月2日下午9时10分左右失事 服务仅5年7个月 马尔帕塞拱坝 平面图 下游立面 阴影部分为失事后残存坝体 马尔帕塞拱坝 拱坝失事的根本原因 是左岸坝肩支座岩体 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起了主要作用 大坝蓄水受力以后 上游断层受拉张开 断层破碎带物质抗剪和变形性能急剧下降 而下游断层处于受压状态 迫使坝基下渗透压力升高 致使左岸坝体上举 压力释放的同时 渗透压力水流将破碎岩体挤出 坝基遭到破坏 随之库水对坝基破碎带岩体进行了彻底的冲陶 形成了巨大的 两面岩沟 它使我们能够清楚地知道左岸坝基的地质结构 工程地质条件 马尔帕塞拱坝 马尔帕塞坝左坝肩特殊的地质构造组合 垮坝是必然的 水库开始蓄水 在水荷载的作用下 断层破碎带的变形就开始了 就潜伏着溃坝的危机 随着变形的发展 坝的位移逐渐增加 当坝前水位达到最高时 坝基渗透压力向极值发展 聚积的强大的渗透压力 使坝体沿坝肩岩坡上爬 同时强大的渗透水流由坝基下冲出 顷刻左岸坝体遭到破坏 坝块被洪流冲走 拱坝就这样倒塌了 大坝失事原因分析 1 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 坝基若出现问题就会直接威胁大坝的安全 据统计大约有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 2 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44 左右 因此必须引起高度重视 3 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 随着水位的抬高 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 引起坝基和坝体破坏 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 4 滑坡 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 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 意大利的瓦伊昂拱坝 5 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 设计 水工建设是一个复杂过程 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 防止大坝失事对策探讨 2 施工 质量是工程的生命线 据我国垮坝失事分析 1954 1990年 由于施工质量问题而造成水库失事的占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 防止大坝失事对策探讨 3 管理 完善的大坝管理制度是工程充分发挥作用的前提 过去普遍存在有重建轻管的思想 国内外由于管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