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八一水库溃坝原因分析论文摘要：八一水库是中型水库，山于新建泄洪涵洞与原十•坝之间新填十•体坝顶裂缝渗透破坏， 于2004年1月溃决破坏原因是新建泄洪涵洞处原土坝开挖断面狭窄，左侧边坡偏陡，涵 洞外壁截渗环过密,环径大，新填坝体填筑速度快，上部质最低，完工后立即蓄水,新填土 坝左侧不均勻沉降过大，坝顶出现横向裂缝，当库水位接近止常蓄水位吋，渗流从下游坝坡 较高处逸出，出口无反滤保护，坝顶裂缝渗流冲刷，导致溃坝关键词：泄洪涵洞截渗环土坝裂缝渗流冲刷溃坝1工程概况八一水库位于新疆昌吉州米泉县境内，始建于1952年水库总库容3500 万m‘，大坝为均质土坝，上游坝坡1 ：2・5,下游坝坡1： 2, 土料为粉质黏土 坝顶高程466.85m,正常蓄水位464.22m,坝长10105m,是一座以灌溉为主，兼 有防洪、养殖等综合效益的中型水库大坝经安全鉴定，防洪标准不够，决定加高大坝0. 40m,新建泄洪涵洞一座, 设计流量为15m7s,建在老坝段桩号4+050处新建泄洪涵洞时先拆除老坝，开 挖尺寸底部宽9.00m,边坡1：1,洞底位于基槽的中心线上地基是老坝坝基， 为粉质黏土，基面高程459.50m。

泄洪涵洞为长方形,洞内尺2. 00mX2. 50m, 洞身长15. 00m,分为两个工作段，每段长7. 50m,并在中间各设截渗环一道，截 渗环的外径较大，插入新填坝体1.50m洞口设一道挡土墙，兼截渗环的作用 泄洪涵洞外形结构尺寸及老坝开挖剖面如图1所示图1泄洪涵洞出口横剖面（单位:cm）水库加固工程于2003年9月15日开始施工，泄洪涵洞基础土方开挖于9 月20日完成，随后进行洞身浇筑11月11日开始回填涵洞两侧土体，填土为 粉质黏土，11月15 填到463. 40m高程，稍高于洞室顶高程463.23m, 5d内 回填3. 90m,控制干密度为1.68g/cm‘，11月16〜17日两天填完剩余坝体，达临 时要求高程466. 00m, 1111填厚度2. 60mo该部分施工质量未加严格控制，铺土层较 厚，含水量偏高，碾压6遍已出现弹簧土，填筑质量较差7d内完成了整个坝 的凹填任务，日平均填土高度0. 93m,随后大坝立即投入蓄水运行12月8日库水位由459. 50m猛涨至462. 50m,以后缓慢上升，12月29日库 水位达463. 40m,为上部填筑质 量偏低的部位2004年1月21 口，库水位上升 到464. 04m,仅低丁•正常蓄水位18cm,低丁临时坝顶1. 96m,蓄水2300万m\2溃坝过程1月21 口 13时30分，水库管理单位值班人员巡视大坝时发现泄洪涵洞出 口左侧坝坡距挡土墙边缘Im处有一漏水洞，洞高约1叫宽0. 5m,洞底约和泄洪 洞中心高程461.58m齐平，漏水量约50L/s,到17时增大至lm7so当时抢险采 取的主要措施是设法封堵漏水通道进水口，在出口未采取任何措施。

由于库内冰 冻层厚达60cm,未能及时凿开冰面找到进口，抢险措施无法实现20时漏水量 增大到30m7s，坝体出现大的塌洞当漏水流量为100m：7s吋，由丁坝顶冻土层 的作用，坝顶仍未塌落，但出现一拱桥，拱顶厚度1. 5m,实际为坝顶冻土层的 厚度，拱跨15m22 H 11时拱顶塌落，大坝出现了 30多米长的溃口，流量为 240m7so 24 B 7时水库基本排空，濫坝后实测溃口上游最大宽度45叫 至下游 坝坡坡脚处收缩为35m,除新填坝段全部冲毁外，左岸还冲走了部分老坝坝体 由于泄洪涵洞的防冲作用，使最大冲刷断面位于泄洪涵洞轴线偏左5ni,泄洪涵 洞洞身向左侧倒塌，河床最大冲刷深度2. 5m,高程457. 00m3溃坝原因分析客观事实表明，溃坝系新填坝体过F出现渗流所致，溃坝原因分析也就是新填坝体渗流 和渗透破坏原I大I分析3.1与溃坝原因分析有关的一些要素3丄1坝体开始发现渗透破坏时的上游水位及出口高程如上所述，坝体渗透破坏是在库水位刚刚上升到464.04m时发现的，因此出险时的水库水位应是464.04m下游坝坡出水点 的位置是根据第一位目击者的描述，水利部专家工作组与当地有关人员共同确定的，作者参 加了这次讨论。

目击者先看到坝坡有渗流逸出，随即从泄洪洞出口扌半土墙的下游面走到有渗 水处进行了仔细观察渗水出自坝体一洞穴，洞高约lm,宽约0.5m,距泄洪涵洞出口挡土 墙边缘左侧约lm,洞底高程约与洞中心线齐平，高程46I.58mo |Jj于目击者进入现场时下 游坝坡漏水洞L1发展到高约1 dm可肯定下游坝坡开始有渗流逸出时的高程要高于 461.58m,収英漏水洞的中心高程为水流开始逸出点，则坝体开始渗透破坏时的下游坝坡逸 出点高程在462.00m附近渗透破坏开始时的位置如图1所示根据上述分析可知，大坝渗 透破坏开始时实际作用的水头为2.04itu3丄2导致渗透破坏的水力比降 假定渗流通道在坝体内基本呈直线烈，在高程462.00〜464.04m之间，和应的大坝横断面上下游的长度为22.00m,即渗透破坏时的渗径长度为 22.00m,因作用水头为2.04m,则平均破坏水力比降J破坏为0.0933.1.3大坝土料的允许水力比降 溃坝后作者在现场调杳时共取4个土样，进行了液、犁限 含水量及颗粒分析试验，试验结果列于衣1，英中01十.样取白溃II左侧老坝段，02 土样取 自泄洪洞顶以上坝体冋填土，03十样取自溃口段老坝加高时坝后坡的培厚土，04十.样为新建泄洪汹洞底部的地基土。

从表1可知，新建泄洪涵洞周围坝体填十•为低液限黏土，在尢裂缝的情况下，黏十•的抗渗比降也称抗渗强度Jn Wlll K式确定4C+ 1.25G _ 1)(1_司 cos a式中：Gs为土粒比重；n为土的孔隙率；a为坝坡与水平面的夹角；C为黏土的 内聚力；J为水的容重；D为土表面与大气相接触面的直径从安全出发不考虑黏土的内聚力，并考虑坝体填土上部质量较差，取土的干« = 1 — °” = 0.46密度卩d为1. 50g/cm3,贝I」， °几 ，下游坝坡为1 ： 2, a =26° 24f ,cos a二0.896,按式(1)计算，贝lj： Jn=l. 04o若取安全系数为2,新填坝体的允许 水力比降为：J允许二0.52表1新填坝体土料的物理性质试样稠度(%)比重颗粒组成(%)分类含盐量/(g/kg)3|,Ip<0. 1mm<0.05mm<0.005mm0125.414. 111. 32. 761006727重粉质壤土6. 360240.220.919.32. 761009758重粉质黏土7.6936. 120. 1 16.02. 761009251重粉质黏土23. 100435.819. 716. 12. 761009256重粉质黏土3.913.2坝体产生渗透破坏的原因分析3.2.1为非正常条件下的渗透破坏 上述分析表明，坝体填土的允许水力比降 为0. 52,对表1中的黏土而言，0. 52值已经小于工程经验数据工，更小于常见 的室内试验数据⑵，但实际出现的水力比降为0. 093,比坝身土料的允许水力比 降还小，在正常条件下绝不应产生渗透破坏，唯一原因是坝顶产生了横向贯通性 的裂缝，致使坝体抗渗强度降低，造成渗透破坏。

3.2.2坝体上部填土质量低不是直接原因 开始分析渗透破坏的原因时，认为 坝体上部463. 40m高程以上填土质量低是渗透破坏的直接原閃，经仔细分析，认 为并非如此，主要理由如下1) 从渗流由坝坡逸出的时间来分析,因库水位由463. 40m上升到464. 04m 历时仅23d,如果坝顶无裂缝，渗流不可能很快由坝顶逸岀众所周知，渗流破 坏开始于渗流出M,这表明坝体渗透破坏前渗流一定要先从下游坝坡463. 40m 高程处逸出，才会造成坝体渗透破坏渗流从463. 40m高程逸出的时间t可由下 式估算⑶:kh(2)式中：L为463. 40m高程处大坝横截而长度，为22. 00m； m为填土的有效孔隙率, 对黏土取n(.=0. 05； k为填土的渗透系数，考虑填筑质量差，仅取k=l X 10 cm/s=0. 0864m/d； h 为作用水头，h=464.04-463.40=0.64mo山于库水位并非长期稳定在464.04m,是从463.40m在23d的上升过程中逐渐达到的， 故应収其一半值,为0.32mo计算结果,渗流要从463.40m高程逸出,需时219d,若安全 系数取4,也需55d°以上计算是在假立坝体己经饱和，渗流符合达西定律。

若是非饱和土 体，渗流边充填土体孔隙，边向前推移，耍从下游坝坡出逸，需时更长虽然填土的施工质 量较低，但仍然是在高含水量的情况下填筑的,不可能有干松土层,渗透系数不会大于上述 假定值，在23d内渗流不会逸出下游坝坡，因而坝休不可能渗透破坏2) 渗流从下游坝坡开始逸出的高程为462.00m,低于松填土层最低高程463.40m,实际 是在填筑质最较好的土层中，表明不是山于松填土层克接造成的3) 渗流出口破坏形状是垂直向的长条形，不是呈水平向的长条形，如果是沿施工时的 薄弱层面破坏，出丨I破坏形状至少是椭圆形，在破坏初期也町能是沿水平层血的长条形，只 有垂直裂缝冲刷，在初期阶段才可能是竖直向的长条形3.2.3坝顶产生了横向裂缝 从新填坝段的施丁速度、地形及泄洪涵洞外樂的结构形式等方 面分析，新填坝段(老坝开挖边坡的坡脚上部)竣工后会产生横向裂缝，原因如下1) 坝体施工速度过快，竣工后沉降量大新填段6.5m高的坝体是在7d内完成的，平 均tl填筑高度0.93m3这样快的施工速度，填土的主要沉降不可能在施工期完成，一建会延 续到竣工后，结果必然加大竣工后的沉降Mo -般工程经验表明，黏十•的压实功能以普氏床 实功能为标准，压实后施工期的沉降量可达坝高的3%⑷。

不考虑施工质最较低的因素，按 —•般情况3%计算，在坝休竣工后的短期内，靠老坝开挖边坡的坡脚处(如图1中的”位置), 新填坝体施工期的沉降弟可达0.195DK山于施工速度过快,假泄施工期的实际沉降彊只完 成正常施工速度下的一半，仍有0.098m的沉降量需在竣工后的短期内完成2) 坝体产生不均匀沉降，而且沉降差较大如图1所示，N点以右是老坝坝体，沉降 早已稳定,所以竣工后新填坝体坝顶"点到B点的沉降量由0.098m递减到0,器 为0.098m0 图1中的C点下部是泄洪涵洞，洞顶填土只有2.60m,仅占坝高6.50m的40%,竣工后最 大沉降只有0.039m,与A，点的沉降相比较，二者之间坝顶的沉降差达0.059m,(3) 以上分析结果表明，A-A，剖而附近坝顶会产生横向裂缝按倾度法⑸AS* ' bY = = AZ 乙-S(3)式中：Y为倾度；Sa、％分别为坝顶A，、13两点的总沉降量；M为2、13两 点的水平距离若Y^l%,则坝体会产生裂缝⑸分析图1中2、B两点Z间的倾度，坝 高为6. 50m,开挖边坡为1：1,因而La-Lb=6. 50m,则倾度二1・5%>1%同样， 分析A'、C两点向的倾度，水平距离只有3. 10m, ya-c=1.9%>1%,均表明在A-A， 断面附近会产生横向裂缝。

1・老坝开挖坡脚线2•管涌通道3•截渗环4•进水口图2泄洪涵洞平面示意(4)从泄洪涵洞外壁的结构特点分析，同样表明，新填坝体将会产牛较人的 不均匀沉降差泄洪涵洞外壁截渗环外径过大过密，结构过于复杂，不利于新填 坝体的均匀沉降由图2可见，从泄洪涵洞闸门后的第一道结构连接环到出口挡 土墙之间只有15。