美國Teton土壩潰壩事故

1、美國Teton壩潰決一、工程概況Teton壩位于美國Idaho州的Teton河上，是一座防洪、發(fā)電、旅游、灌溉等綜合利用工程。大壩為土質(zhì)肥心墻壩。最大壩高126.5m(至心墻齒槽底)。壩頂高程1625m，壩頂長945m。土基壩段壩上游坡：上部為1:2.5，下部為1:3.5。壩下游坡：上部為：1:2.0，下部為1:3.0。左岸為發(fā)電廠房，裝機(jī)16MW。右岸布置有3孔槽式溢洪道。該壩于1972年2月動(dòng)工興建，1975年建成。圖1 位于節(jié)理流紋巖地基上的大壩典型剖面岸坡巖基壩段見圖1。肥心墻材料為含黏土及礫石的粉沙，上游坡為1:1.5，下游坡為1:1。心墻兩側(cè)為砂、卵石及礫石壩殼。大壩防滲心墻用開挖

2、深33.5m齒槽切斷沖積層，槽體用粉砂土回填。基底高程1554.5m以上的兩岸坡齒槽坡比為1:0.5(圖1)，槽體切斷上部厚70m的強(qiáng)透水巖體，槽身用與壩體相同的粉砂土回填。心墻下游面有一排水層，由篩選的砂及卵石填筑，但在心墻與砂層之間無過渡層。心墻底部與沖積層以及齒槽填土體與巖壁之間均無過渡層。在槽底沿壩全長設(shè)帷幕，最大幕深達(dá)91.44m。壩主剖面為單排孔灌漿帷幕，灌漿孔距為3.05m。兩岸齒槽下為3排孔灌漿帷幕，外側(cè)兩排孔距均為3.05m，中心排孔距6.10m。壩址位于Teton河谷的峽谷上。兩岸均為后第三系凝灰?guī)r，節(jié)理發(fā)育強(qiáng)烈，裂隙寬度一般達(dá)0.67.6cm，偶有30cm寬的裂隙。河床沖

3、積層厚約10m。在壩兩端覆蓋著約8m厚的風(fēng)積粉土。在壩址進(jìn)行過5個(gè)孔的巖石抽水試驗(yàn)，抽水量超過380l/min，影響范圍估計(jì)達(dá)30km，巖石為強(qiáng)透水性。通過灌漿試驗(yàn)表明，對(duì)表層強(qiáng)透水巖體采用深填土齒槽比灌漿處理更為經(jīng)濟(jì)。二、潰壩過程 水庫于1975年11月開始蓄水。1976年春季庫水位迅速上升。擬定水庫水位上升限制速率為每天0.3m。由于降雨，水位上升速率在5月份達(dá)到每天1.2m。至6月5日潰壩時(shí)，庫水位已達(dá)1616.0m，僅低于溢流堰頂0.9m，低于壩頂9.0m。在大壩潰決前2天，即6月3日，在壩下游400460m右岸高程1532.51534.7m處發(fā)現(xiàn)有清水自巖石垂直裂隙流出。6月4日，距

4、壩60m高程1585.0m處冒清水，至該日晚9時(shí)，監(jiān)測(cè)表明滲水并未增大。6月5日晨，該滲水點(diǎn)出現(xiàn)窄長濕溝。稍后在上午7點(diǎn)，右側(cè)壩趾高程1537.7m處發(fā)現(xiàn)流混水，流量達(dá)(0.560.85)m3/s，在高程1585.0m也有混水出露，兩股水流有明顯加大趨勢(shì)。上午10點(diǎn)30分，有流量達(dá)0.42m3/s的水流自壩面流出，這同時(shí)聽到炸裂聲。隨即在壩下4.5m，在剛發(fā)現(xiàn)出水同一高處出現(xiàn)小的滲水。新的滲水迅速增大，并從與壩軸線大致垂直，直徑約1.8m的“隧洞”(壩軸線樁號(hào)15+25)中流出。上午11點(diǎn)，在樁號(hào)14+00附近水庫中出現(xiàn)漩渦。11點(diǎn)30分，靠近壩頂?shù)南掠螇纬霈F(xiàn)下陷孔洞。11點(diǎn)55分，壩頂開始破

5、壞，形成水庫泄水溝槽。從發(fā)現(xiàn)流混水到壩開始破壞約經(jīng)5h。耐人尋味的是，126.5m高的Teton土壩不在最大壩高的河岸壩段破壞，而在壩高相對(duì)較小的河岸壩段破壞；壩體潰決不發(fā)生在壩基為沖積層的河床壩段，而發(fā)生在壩基為巖基的岸坡壩段。11:30洞口繼續(xù)向上擴(kuò)大，泥水沖蝕了壩基，主洞的上方又出現(xiàn)一滲水洞。流出的泥水開始沖擊壩趾處的設(shè)施。1976年6月5日上午10:30左右，下游壩面有水滲出并帶出泥土。12：00過后坍塌口加寬失事現(xiàn)場(chǎng)目前的狀況 圖2 潰壩過程照片三、 潰壩原因分析 圖3 槽底填土低應(yīng)力區(qū)Teton壩潰決后，美國內(nèi)務(wù)部及Idaho州組成以Chadwick W. L.為主席的Teton壩

6、潰原因調(diào)查的獨(dú)立專家組(Independent Panel to Review Cause of Tedon Dam Failure)，該專家組于1976年10月提出的Failure of Teton Dam的專門報(bào)告。與此同時(shí)，又組織了以Eikenberry F. W.為主席的美國內(nèi)務(wù)部Teton潰壩審查組(U. S. Dept. of Interior Teton Dam Failure Review Group)，該審查組于1977年4月也提出了一個(gè)專門報(bào)告。以上述兩個(gè)報(bào)告為基礎(chǔ)，內(nèi)務(wù)部審查組于1980年1月提出Teton潰壩調(diào)查最終報(bào)告。這3份關(guān)于Teton潰壩的官方文件隨即對(duì)外公開，

7、在這3個(gè)報(bào)告的基礎(chǔ)上，有關(guān)水工、地質(zhì)及高校專家發(fā)表了許多文章。在一系列國際會(huì)議上將Teton潰壩原因作為討論主題。1987年Engineering Geology期刊14期合刊本登出了1985年在Purdue大學(xué)召開的以在壩失事為主題的國際研討會(huì)，Teton壩的失事是討論課題之一。Seed and Duncan, Fucik, Leps. Penman及Sherard等均在會(huì)上宣講了論文。專家們認(rèn)為，由于岸坡壩段齒槽邊坡較陡(圖1)，巖體剛度較大，心墻土體在齒槽內(nèi)形成支撐拱，拱下土體的自重應(yīng)力減小。有限元分析表明，由于拱作用，槽內(nèi)土體應(yīng)力僅為土柱壓力的60%。在土拱的下部，貼近槽底有一層較松的土層(圖3)。因此，當(dāng)庫水由巖石裂縫流至齒槽時(shí)，高壓水就會(huì)對(duì)齒槽土體產(chǎn)生劈裂而通向齒槽下游巖石裂隙，造成土體管涌或直接對(duì)槽底松土產(chǎn)生管涌(圖4)。圖4 Teton大壩破壞過程示意圖四、 小結(jié) 1985年在大壩失事國際研討會(huì)上，美國咨詢工程師She