八一水庫(kù)潰壩原因分析

1、八一水庫(kù)潰壩原因分析摘要：八一水庫(kù)是中型水庫(kù)，由于新建泄洪涵洞與原土壩之間新填土體壩頂裂縫浸透破壞，于2022年1月潰決。破壞原因是新建泄洪涵洞處原土壩開挖斷面狹窄，左側(cè)邊坡偏陡，涵洞外壁截滲環(huán)過密，環(huán)徑大，新填壩體填筑速度快，上部質(zhì)量低，完工后立即蓄水，新填土壩左側(cè)不均勻沉降過大，壩頂出現(xiàn)橫向裂縫，當(dāng)庫(kù)水位接近正常蓄水位時(shí)，滲流從下游壩坡較高處逸出，出口無反濾保護(hù)，壩頂裂縫滲流沖刷，導(dǎo)致潰壩。關(guān)鍵詞：泄洪涵洞截滲環(huán)土壩裂縫滲流沖刷潰壩1工程概況八一水庫(kù)位于新疆昌吉州米泉縣境內(nèi)，始建于1952年。水庫(kù)總庫(kù)容3500萬3，大壩為均質(zhì)土壩，上游壩坡12.5，下游壩坡12，土料為粉質(zhì)黏土。壩頂高程4

2、66.85，正常蓄水位464.22，壩長(zhǎng)10105，是一座以灌溉為主，兼有防洪、養(yǎng)殖等綜合效益的中型水庫(kù)。大壩經(jīng)平安鑒定，防洪標(biāo)準(zhǔn)不夠，決定加高大壩0.40，新建泄洪涵洞一座，設(shè)計(jì)流量為153/s，建在老壩段樁號(hào)4+050處。新建泄洪涵洞時(shí)先撤除老壩，開挖尺寸底部寬9.00，邊坡11，洞底位于基槽的中心線上。地基是老壩壩基，為粉質(zhì)黏土，基面高程459.50。泄洪涵洞為長(zhǎng)方形，洞內(nèi)尺寸2.002.50，洞身長(zhǎng)15.00，分為兩個(gè)工作段，每段長(zhǎng)7.50，并在中間各設(shè)截滲環(huán)一道，截滲環(huán)的外徑較大，插入新填壩體1.50。洞口設(shè)一道擋土墻，兼截滲環(huán)的作用。泄洪涵洞外形構(gòu)造尺寸及老壩開挖剖面如圖1所示。圖

3、1泄洪涵洞出口橫剖面(單位:)水庫(kù)加固工程于2022年9月15日開場(chǎng)施工，泄洪涵洞根底土方開挖于9月20日完成，隨后進(jìn)展洞身澆筑。11月11日開場(chǎng)回填涵洞兩側(cè)土體，填土為粉質(zhì)黏土，11月15日回填到463.40高程，稍高于洞室頂高程463.23，5d內(nèi)回填3.90，控制干密度為1.68g/3，11月1617日兩天填完剩余壩體，達(dá)臨時(shí)要求高程466.00,回填厚度2.60。該局部施工質(zhì)量未加嚴(yán)格控制，鋪土層較厚，含水量偏高，碾壓6遍已出現(xiàn)彈簧土，填筑質(zhì)量較差。7d內(nèi)完成了整個(gè)壩的回填任務(wù)，日平均填土高度0.93，隨后大壩立即投入蓄水運(yùn)行。12月8日庫(kù)水位由459.50猛漲至462.50，以后緩慢

4、上升，12月29日庫(kù)水位達(dá)463.40，為上部填筑質(zhì)量偏低的部位。2022年1月21日，庫(kù)水位上升到464.04，僅低于正常蓄水位18，低于臨時(shí)壩頂1.96,蓄水2300萬3。2潰壩過程1月21日13時(shí)30分，水庫(kù)管理單位值班人員巡視大壩時(shí)發(fā)現(xiàn)泄洪涵洞出口左側(cè)壩坡距擋土墻邊緣1處有一漏水洞，洞高約1，寬0.5，洞底約和泄洪洞中心高程461.58齊平，漏水量約50L/s，到17時(shí)增大至13/s。當(dāng)時(shí)搶險(xiǎn)采取的主要措施是設(shè)法封堵漏水通道進(jìn)水口，在出口未采取任何措施。由于庫(kù)內(nèi)冰凍層厚達(dá)60，未能及時(shí)鑿開冰面找到進(jìn)口，搶險(xiǎn)措施無法實(shí)現(xiàn)。20時(shí)漏水量增大到303/s，壩體出現(xiàn)大的塌洞。當(dāng)漏水流量為100

5、3/s時(shí)，由于壩頂凍土層的作用，壩頂仍未塌落，但出現(xiàn)一拱橋，拱頂厚度1.5，實(shí)際為壩頂凍土層的厚度，拱跨15。22日11時(shí)拱頂塌落，大壩出現(xiàn)了30多米長(zhǎng)的潰口，流量為2403/s。24日7時(shí)水庫(kù)根本排空，潰壩后實(shí)測(cè)潰口上游最大寬度45，至下游壩坡坡腳處收縮為35，除新填壩段全部沖毀外，左岸還沖走了局部老壩壩體。由于泄洪涵洞的防沖作用，使最大沖刷斷面位于泄洪涵洞軸線偏左5，泄洪涵洞洞身向左側(cè)倒塌，河床最大沖刷深度2.5，高程457.00。轉(zhuǎn)貼于論文聯(lián)盟.ll.3潰壩原因分析客觀事實(shí)說明，潰壩系新填壩體過早出現(xiàn)滲流所致，潰壩原因分析也就是新填壩體滲流和浸透破壞原因分析。3.1與潰壩原因分析有關(guān)的一

6、些要素3.1.1壩體開場(chǎng)發(fā)現(xiàn)浸透破壞時(shí)的上游水位及出口高程如上所述，壩體浸透破壞是在庫(kù)水位剛剛上升到464.04時(shí)發(fā)現(xiàn)的，因此出險(xiǎn)時(shí)的水庫(kù)水位應(yīng)是464.04。下游壩坡出水點(diǎn)的位置是根據(jù)第一位目睹者的描繪，水利部專家工作組與當(dāng)?shù)赜嘘P(guān)人員共同確定的，作者參加了這次討論。目睹者先看到壩坡有滲流逸出，隨即從泄洪洞出口擋土墻的下游面走到有滲水處進(jìn)展了仔細(xì)觀察。滲水出自壩體一洞穴，洞高約1，寬約0.5，距泄洪涵洞出口擋土墻邊緣左側(cè)約1，洞底高程約與洞中心線齊平，高程461.58。由于目睹者進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)時(shí)下游壩坡漏水洞已開展到高約1.0，可肯定下游壩坡開場(chǎng)有滲流逸出時(shí)的高程要高于461.58，取其漏水洞的中心

7、高程為水流開場(chǎng)逸出點(diǎn)，那么壩體開場(chǎng)浸透破壞時(shí)的下游壩坡逸出點(diǎn)高程在462.00附近。浸透破壞開場(chǎng)時(shí)的位置如圖1所示。根據(jù)上述分析可知，大壩浸透破壞開場(chǎng)時(shí)實(shí)際作用的水頭為2.04。3.1.2導(dǎo)致浸透破壞的水力比降假定滲流通道在壩體內(nèi)根本呈直線型，在高程462.00464.04之間，相應(yīng)的大壩橫斷面上下游的長(zhǎng)度為22.00，即浸透破壞時(shí)的滲徑長(zhǎng)度為22.00，因作用水頭為2.04，那么平均破壞水力比降J破壞為0.093。3.1.3大壩土料的允許水力比降潰壩后作者在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查時(shí)共取4個(gè)土樣，進(jìn)展了液、塑限含水量及顆粒分析試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果列于表1，其中01土樣取自潰口左側(cè)老壩段，02土樣取自泄洪洞頂以上壩

8、體回填土，03土樣取自潰口段老壩加高時(shí)壩后坡的培厚土，04土樣為新建泄洪涵洞底部的地基土。從表1可知，新建泄洪涵洞周圍壩體填土為低液限黏土，在無裂縫的情況下，黏土的抗?jié)B比降也稱抗?jié)B強(qiáng)度Jn可由下式確定(1)表1新填壩體土料的物理性質(zhì)試樣稠度(%)比重顆粒組成(%)分類含鹽量/(g/kg)LPIP0.10.050.0050125.414.111.32.761006727重粉質(zhì)壤土6.360240.220.919.32.761009758重粉質(zhì)黏土7.690336.120.116.02.761009251重粉質(zhì)黏土23.100435.819.716.12.761009256重粉質(zhì)黏土3.913.2

9、壩體產(chǎn)生浸透破壞的原因分析3.2.1為非正常條件下的浸透破壞上述分析說明，壩體填土的允許水力比降為0.52，對(duì)表1中的黏土而言，0.52值已經(jīng)小于工程經(jīng)歷數(shù)據(jù)1，更小于常見的室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)2，但實(shí)際出現(xiàn)的水力比降為0.093，比壩身土料的允許水力比降還小，在正常條件下絕不應(yīng)產(chǎn)生浸透破壞，唯一原因是壩頂產(chǎn)生了橫向貫穿性的裂縫，致使壩體抗?jié)B強(qiáng)度降低，造成浸透破壞。3.2.2壩體上部填土質(zhì)量低不是直接原因開場(chǎng)分析浸透破壞的原因時(shí)，認(rèn)為壩體上部463.40高程以上填土質(zhì)量低是浸透破壞的直接原因，經(jīng)仔細(xì)分析，認(rèn)為并非如此，主要理由如下。(1)從滲流由壩坡逸出的時(shí)間來分析，因庫(kù)水位由463.40上升到464

10、.04歷時(shí)僅23d，假如壩頂無裂縫，滲流不可能很快由壩頂逸出。眾所周知，滲流破壞開場(chǎng)于滲流出口，這說明壩體浸透破壞前滲流一定要先從下游壩坡463.40高程處逸出，才會(huì)造成壩體浸透破壞。滲流從463.40高程逸出的時(shí)間t可由下式估算3:(2)式中：L為463.40高程處大壩橫截面長(zhǎng)度，為22.00；ne為填土的有效孔隙率，對(duì)黏土取ne=0.05；k為填土的浸透系數(shù)，考慮填筑質(zhì)量差，僅取k=110-4/s=0.0864/d；h為作用水頭，h=464.04-463.40=0.64。由于庫(kù)水位并非長(zhǎng)期穩(wěn)定在464.04，是從463.40在23d的上升過程中逐漸到達(dá)的，故應(yīng)取其一半值，為0.32。計(jì)算結(jié)

11、果，滲流要從463.40高程逸出，需時(shí)219d，假設(shè)平安系數(shù)取4，也需55d。以上計(jì)算是在假定壩體已經(jīng)飽和，滲流符合達(dá)西定律。假設(shè)是非飽和土體，滲流邊充填土體孔隙，邊向前推移，要從下游壩坡出逸，需時(shí)更長(zhǎng)。雖然填土的施工質(zhì)量較低，但仍然是在高含水量的情況下填筑的，不可能有干松土層，浸透系數(shù)不會(huì)大于上述假定值，在23d內(nèi)滲流不會(huì)逸出下游壩坡，因此壩體不可能浸透破壞。(2)滲流從下游壩坡開場(chǎng)逸出的高程為462.00，低于松填土層最低高程463.40，實(shí)際是在填筑質(zhì)量較好的土層中，說明不是由于松填土層直接造成的。(3)滲流出口破壞形狀是垂直向的長(zhǎng)條形，不是呈程度向的長(zhǎng)條形，假如是沿施工時(shí)的薄弱層面破壞

12、，出口破壞形狀至少是橢圓形，在破壞初期也可能是沿程度層面的長(zhǎng)條形，只有垂直裂縫沖刷，在初期階段才可能是豎直向的長(zhǎng)條形。3.2.3壩頂產(chǎn)生了橫向裂縫從新填壩段的施工速度、地形及泄洪涵洞外壁的構(gòu)造形式等方面分析，新填壩段(老壩開挖邊坡的坡腳上部)開工后會(huì)產(chǎn)生橫向裂縫，原因如下。(1)壩體施工速度過快，開工后沉降量大。新填段6.5高的壩體是在7d內(nèi)完成的，平均日填筑高度0.93。這樣快的施工速度，填土的主要沉降不可能在施工期完成，一定會(huì)延續(xù)到開工后，結(jié)果必然加大開工后的沉降量。一般工程經(jīng)歷說明，黏土的壓實(shí)功能以普氏壓實(shí)功能為標(biāo)準(zhǔn)，壓實(shí)后施工期的沉降量可達(dá)壩高的3%4。不考慮施工質(zhì)量較低的因素，按一般

13、情況3%計(jì)算，在壩體開工后的短期內(nèi)，靠老壩開挖邊坡的坡腳處(如圖1中的A位置)，新填壩體施工期的沉降量可達(dá)0.195。由于施工速度過快，假定施工期的實(shí)際沉降量只完成正常施工速度下的一半，仍有0.098的沉降量需在開工后的短期內(nèi)完成。(2)壩體產(chǎn)生不均勻沉降，而且沉降差較大。如圖1所示，A點(diǎn)以右是老壩壩體，沉降早已穩(wěn)定，所以開工后新填壩體壩頂A點(diǎn)到B點(diǎn)的沉降量由0.098遞減到0，差值為0.098。圖1中的點(diǎn)下部是泄洪涵洞，洞頂填土只有2.60，僅占?jí)胃?.50的40%，開工后最大沉降只有0.039，與A點(diǎn)的沉降相比擬，二者之間壩頂?shù)某两挡钸_(dá)0.059。(3)以上分析結(jié)果說明，A-A剖面附近壩頂

14、會(huì)產(chǎn)生橫向裂縫。按傾度法5(3)式中：為傾度；SA、SB分別為壩頂A、B兩點(diǎn)的總沉降量；L為A、B兩點(diǎn)的程度間隔 。假設(shè)1%，那么壩體會(huì)產(chǎn)生裂縫5。分析圖1中A、B兩點(diǎn)之間的傾度，壩高為6.50，開挖邊坡為11，因此LA-LB=6.50，那么傾度A=1.5%1%。同樣，分析A、兩點(diǎn)向的傾度，程度間隔 只有3.10，A=1.9%1%，均說明在A-A斷面附近會(huì)產(chǎn)生橫向裂縫。1.老壩開挖坡腳線2.管涌通道3.截滲環(huán)4.進(jìn)水口圖2泄洪涵洞平面示意4經(jīng)歷及教訓(xùn)通過對(duì)八一水庫(kù)潰壩原因的分析，得出以下經(jīng)歷與教訓(xùn)。(1)小型均質(zhì)土壩壩身具有很好的防滲性能，不需在上游另設(shè)土工膜防滲，增設(shè)土工膜防滲往往是多余的，

15、更不應(yīng)在土工膜下另設(shè)砂礫石墊層，以免全部失效，應(yīng)使土工膜與壩體直接相鄰接。(2)泄洪涵洞洞身下游段不應(yīng)設(shè)置截滲環(huán)，以免施工場(chǎng)地狹窄，不易保證洞身外壁與大壩間的填土質(zhì)量，更不允許截滲環(huán)插入壩體過長(zhǎng)，以防洞身外的填土產(chǎn)生過大的不均勻沉降。成功的經(jīng)歷是在壩軸線以下沿截滲環(huán)外壁鋪設(shè)后濾層，直通下游，以防沿壁接觸滲流沖刷7，同時(shí)可防止沿壁滲流遇到泄洪洞身的薄弱之處時(shí)流進(jìn)洞內(nèi)，造成洞身混凝土的侵蝕。(3)在老壩上新建泄洪涵洞時(shí)，設(shè)計(jì)開挖斷面要有足夠的尺寸，以保證新填壩體具有一定的施工場(chǎng)面，確保壩體填筑質(zhì)量，并防止新填壩體填土與老壩之間產(chǎn)生過大的不均勻沉降差而產(chǎn)生橫向裂縫。(4)大壩填筑速度過快，開工后的短

16、期內(nèi)壩體將產(chǎn)生較大的沉降，新老壩體之間容易產(chǎn)生開裂。蓄水運(yùn)行初期應(yīng)親密觀察壩頂裂縫，以防高水位時(shí)裂縫滲流沖刷。(5)新建大壩在第一次高水位運(yùn)行時(shí)最容易出現(xiàn)浸透破壞，應(yīng)加強(qiáng)壩面巡視，特別是要觀察下游壩坡有無滲流逸出，滲流逸出處有無反濾保護(hù)，假設(shè)無反濾保護(hù)，應(yīng)作搶險(xiǎn)準(zhǔn)備。壩面巡視次數(shù)，最好上、下午各一次，以便盡早發(fā)現(xiàn)滲流逸出現(xiàn)象。大壩出現(xiàn)浸透破壞險(xiǎn)情時(shí)，應(yīng)首先在下游出險(xiǎn)處快速鋪砂礫石料，既不阻止?jié)B流的逸出，又可防止壩體土粒的流失。假設(shè)土粒不斷流失，說明砂礫石料過粗，應(yīng)及時(shí)更換砂礫石料。假設(shè)漏水量大于50L/s以上，應(yīng)在上游尋找滲流進(jìn)口，同時(shí)拋填砂礫石料，使砂礫石料進(jìn)入滲流通道，防止?jié)B流通道的繼續(xù)沖刷。參考文獻(xiàn)：3劉杰，丁留謙，張金接.我國(guó)江河大堤的特點(diǎn)及防險(xiǎn)搶險(xiǎn)問題J.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院學(xué)報(bào)，1998，2(2)：83-90.4劉杰，朱建華.柴