4.1 Teton简介Teton坝位于美国Idaho州的Teton河上，是一座防洪、发电、旅游、灌溉等综合利用工程。大坝为土质肥心墙坝。最大坝高126.5m(至心墙齿槽底)。坝顶高程1625m，坝顶长945m。土基坝段坝上游坡：上部为1:2.5，下部为1:3.5。坝下游坡：上部为：1:2.0，下部为1:3.0。左岸为发电厂房，装机16MW。右岸布置有3孔槽式溢洪道。该坝于1972年2月动工兴建，1975年建成。 V<;_wO^
岸坡岩基坝段见图9。肥心墙材料为含黏土及砾石的粉沙，上游坡为1:1.5，下游坡为1:1。心墙两侧为砂、卵石及砾石坝壳。大坝防渗心墙用开挖深33.5m齿槽切断冲积层，槽体用粉砂土回填。基底高程1554.5m以上的两岸坡齿槽坡比为1:0.5(图9)，槽体切断上部厚70m的强透水岩体，槽身用与坝体相同的粉砂土回填。心墙下游面有一排水层，由筛选的砂及卵石填筑，但在心墙与砂层之间无过渡层。心墙底部与冲积层以及齿槽填土体与岩壁之间均无过渡层。在槽底沿坝全长设帷幕，最大幕深达91.44m。坝主剖面为单排孔灌浆帷幕，灌浆孔距为3.05m。两岸齿槽下为3排孔灌浆帷幕，外侧两排孔距均为3.05m，中心排孔距6.10m。坝址位于Teton河谷的峡谷上。两岸均为后第三系凝灰 `&xdS H
图9 位于节理流纹岩地基上的大坝典型剖面 +Ar4X -A{y
岩，节理发育强烈，裂隙宽度一般达0.6～7.6cm，偶有30cm宽的裂隙。河床冲积层厚约10m。在坝两端覆盖着约8m厚的风积粉土。在坝址进行过5个孔的岩石抽水试验，抽水量超过380l/min，影响范围估计达30km，岩石为强透水性。通过灌浆试验表明，对表层强透水岩体采用深填土齿槽比灌浆处理更为经济。4.2 溃坝过程水库于1975年11月开始蓄水。1976年春季库水位迅速上升。拟定水库水位上升限制速率为每天0.3m。由于降雨，水位上升速率在5月份达到每天1.2m。至6月5日溃坝时，库水位已达1616.0m，仅低于溢流堰顶0.9m，低于坝顶9.0m。在大坝溃决前2天，即6月3日，在坝下游400～460m右岸高程1532.5～1534.7m处发现有清水自岩石垂直裂隙流出。6月4日，距坝60m高程1585.0m处冒清水，至该日晚9时，监测表明渗水并未增大。6月5日晨，该渗水点出现窄长湿沟。稍后在上午7点，右侧坝趾高程1537.7m处发现流混水，流量达(0.56～0.85)m3/s，在高程1585.0m也有混水出露，两股水流有明显加大趋势。上午10点30分，有流量达0.42m3/s的水流自坝面流出，这同时听到炸裂声。随即在坝下4.5m，在刚发现出水同一高处出现小的渗水。新的渗水迅速增大，并从与坝轴线大致垂直，直径约1.8m的“隧洞”(坝轴线桩号15+25)中流出。上午11点，在桩号14+00附近水库中出现漩涡。11点30分，靠近坝顶的下游坝出现下陷孔洞。11点55分，坝顶开始破坏，形成水库泄水沟槽。从发现流混水到坝开始破坏约经5h。 耐人寻味的是，126.5m高的Teton土坝不在最大坝高的河岸坝段破坏，而在坝高相对较小的河岸坝段破坏；坝体溃决不发生在坝基为冲积层的河床坝段，而发生在坝基为岩基的岸坡坝段。 @Y>PtA&w*
4.3 溃坝原因分析Teton坝溃决后，美国内务部及Idaho州组成以Chadwick W. L.为主席的Teton坝溃原因调查的独立专家组(Independent Panel to Review Cause of Tedon Dam Failure)，该专家组于1976年10月提出的Failure of Teton Dam的专门报告。与此同时，又组织了以Eikenberry F. W.为主席的美国内务部Teton溃坝审查组(U. S. Dept. of Interior Teton Dam Failure Review Group)，该审查组于1977年4月也提出了一个专门报告。以上述两个报告为基础，内务部审查组于1980年1月提出Teton溃坝调查最终报告。这3份关于Teton溃坝的官方文件随即对外公开，在这3个报告的基础上，有关水工、地质及高校专家发表了许多文章。在一系列国际会议上将Teton溃坝原因作为讨论主题。1987年Engineering Geology期刊1～4期合刊本登出了1985年在Purdue大学召开的以在坝失事为主题的国际研讨会，Teton坝的失事是讨论课题之一。Seed and Duncan, Fucik, Leps. Penman及Sherard等均在会上宣讲了论文。 n2Mpo\2
图10 槽底填土低应力区 mV)t
专家们认为，由于岸坡坝段齿槽边坡较陡(图9)，岩体刚度较大，心墙土体在齿槽内形成支撑拱，拱下土体的自重应力减小。有限元分析表明，由于拱作用，槽内土体应力仅为土柱压力的60%。在土拱的下部，贴近槽底有一层较松的土层(图10)。因此，当库水由岩石裂缝流至齿槽时，高压水就会对齿槽土体产生劈裂而通向齿槽下游岩石裂隙，造成土体管涌或直接对槽底松土产生管涌(图11)。 v&3" (fp
4.4 小结1985年在大坝失事国际研讨会上，美国咨询工程师Sherard(1987)发表了一段发人深省的意见：“……任一重要大坝都不应在一个人或一个组的指导下进行设计和建造，而没有其他有否决权专家的独立审查。如果Teton坝的设计，经过完全独立专家们的审查，这种设计就不会被通过，事故也就不会发生。” t)g %9 k^
5 结语 本文给出的水利水电工程3次重大事故有着惨痛的经验教训。3次事故发生在20世纪60～70年代，时值水利水电工程建设的高 inZ0iU9dy
图11 Teton大坝破坏过程示意图 :nc%:z=O
潮而工程经验相对不足，特别是对岩石的水力特性知之甚少，甚至还不存在岩石水力学这门学科。对岩体中的渗流问题完全照搬土体渗流学，即孔隙介质渗流学的方法及经验来解决。Malpasset拱坝失事后，对事故的原因众说纷纭，莫衷一是，因为那时工程界对岩体渗流规律几乎完全没有认识。正是这次事故使一些有远见的卓识的学者开始关注岩体中水的运动特殊规律的研究，如前苏联的POMM(1966)、美国的Snow(1968)等人率先由岩体裂隙分布导出渗透张量的表达式。到1974年，Louis第一次以“岩石水力学”为题发表长篇论文。此后，对岩石水力学的研究如雨后春笋般地发展起来。到1987年，Londe、Wittke及Serafim等人终于从岩石水力学的观点对Malpasset拱坝溃决事故做出了更深层次的分析。他们从岩石构造来阐述岩体中水流的特殊规律：岩体导水特性与岩体应力状态的高度相关性，揭露出Malpasset拱坝在第一次蓄水即溃决的奥秘。 Vajont近坝库岸岩体大滑坡也显示了与土坝滑坡完全不同的规律。土坝滑直常发生在水位降落时段，设计土坝需对“库水突降”工况进行坝坡稳定校核。当时人们因为仅有土体渗流的概念，不能理解，为何Vajont岩石坡体每当库水位上升时位移速率随之加大，而库水位降低时，滑移速度减小甚至停止。现在已经非常清楚，这是因为与土体不同，水流在岩体中实际流速通常比达西流速大若干量级。在Vajont大滑坡发生以前，没有人估计到滑坡速度如此之大而造成重大灾难。在滑坡发生之后，对高速滑坡的解释也差强人意。这里仍表现出对岩石水力学知之不多的实际情况。 Teton坝溃决不发生在土基坝段，而发生在岩基坝段。勿需置言，溃坝的原因在于未能把握岩石水力学的特性。这一灾难发生在1976年，这时岩石水力学已初具雏形，如果设计者有岩石水力学的意识，本应可以避免溃坝事故。 到20世纪80年代以后，由于岩石水力学的复杂性，或由于岩石水力学的知识远未普及，各种类型的工程事故仍频频发生。不过与以往不同的是，起因于对岩石水力学欠考虑而发生的重大事故概率日益减小。这反映出岩石水力学已逐渐成熟，而许多工程技术人员已开始重视对岩石水力学规律的学习与运用的客观事实。 在进入21世纪的今天，从岩石水力学的观点来重温一下上述3个重大工程事故的教训，应是有意义的。
