从岩石水力学观点看几个重大工程事故

从岩石水力学观点看几个重大工程事故摘要：20世纪下半叶发生了3次震惊水利水电工程界的重大工程事故：法国Malpasset双曲拱坝溃坝；意大利Vajout双曲拱坝近坝库区左岸发生2.5亿m3的大滑坡；美国Teton土坝在岩基坝段溃决。本文对事故作了简要介绍，在已有文献资料的基础上，从岩石水力学的观点分析讨论了工程事故的出事原因，可供水工建筑设计人员参考。关键词：工程事故岩石水力学Malpasset拱坝Vajont大滑坡Teton坝1前言1895年4月，法国Bouzey重力坝失事。事后分析，失事的原因是该坝设计时未考虑作用于坝基上的扬压力。20世纪初建造的许多重力坝多未考虑扬压力，如印度的Khadakwasla等坝(Kulkarni,1994)，均因不够稳定而采取加固。1959年法国Malpasset坝失事是拱坝第一次溃坝记录，经检查，坝的设计符合规范，施工质量良好。直到1987年，通过一次以溃坝为主题的国际研讨会，才有了初步结论：左坝肩地基中过大的水压力使坝基岩块沿F1断层滑动而溃坝。1976年，当时世界上最高的土坝，美国Teton坝发生溃坝，经反复查证，确认坝基岩石节理发育，库水流经岩石裂隙使心墙齿槽土体发生管涌而最终遭致溃坝。1985年，美国BathCounty抽水蓄能电站高压钢管中的一条出现了屈曲破坏。尽管设计在钢管区域精心布置了排水幕，但由于砂岩的层状构造的特点，排水幕并未起到预期的作用。水电站高压钢管在外水压作用下屈曲破坏的事故国内外均屡有发生。高压水工隧洞产生水力劈裂也不乏实例。水工隧洞及其它隧道工程塌方事故频繁，多为岩石裂隙水的不利作用所引发。滑坡是多发性的自然灾害。较大的天然滑坡大多是岩体中的滑坡。1963年意大利Vajont拱坝近坝左岸库区岩体大滑坡体积达2.5亿m3，在当时是有记载滑坡中规模、滑速及造成的灾害均是最大的。19世纪60年代，岩石力学，特别是岩石水力学尚处于萌芽状态，没有估计到滑坡会造成数千人死亡的重大灾害，因而未能采取有效的处理及预报措施。2000年4月，西藏易巩藏布江左岸花岗岩山体发生约3亿m3大滑坡。据分析，这次滑坡是山体积雪融化，水渗入山体而触发的。在水电站工地、公路、铁路沿线都有因人工开挖而出现岩石高边坡问题。不少人工岩石边坡因受降雨、施工用水、生活用水的影响而产生滑坡，造成程度不同的损失。许多工程因采取了以排水为主的综合处理措施而有效地防止了滑坡。综上所述，许多工程事故都与岩石水力学有关。本文仅以几个重大工程事故的实例来说明研究、学习与掌握岩石水力学的重要性和迫切性。2法国Malpasset拱坝溃决13\n2.1Malpasset拱坝简介Malpasset双曲拱坝位于法国南部Rayran河上，坝高66m，水库总库容5100万m3。坝顶高程102.55m，顶部弧长223m。坝的厚度由顶部1.5m渐变到中央底部6.76m，属双曲薄拱坝。左岸有带翼墙的重力推力墩，长22m，厚6.50m，到地基面的混凝土的最大高度为11m，开挖深度6.5m。在坝顶中部设无闸门控制的溢洪道。坝基为片麻岩，片理倾角在30°～50°之间，倾向下游偏右岸。较大的片理中部充填糜棱岩。坝址范围内有两条主要断层。一条为近东西向的F1断层，倾角45°，倾向上游。断层带内充填含粘土的角砾岩，宽度80cm。另一条为近南北向的F2，倾向左岸，倾角70°～80°(图1)。图1Malpasset拱坝主要地质构造图2Malpasset拱坝水库蓄水过程线2.2拱坝溃坝过程Malpasset拱坝于1954年末建成并蓄水。库水位上升缓慢。历经5年至1959年11月中旬，库水位才达到95.2m。这时的坝址下游20m，高程80m处有水自岩石中流出。因下了一场大雨，到12月2日晨，库水位猛增到100m(图2)。当日下午，工程师们到大坝视察，研究如何防止渗水的不利作用。因未发现大坝有任何异常，决定下午6点开闸放水，降低库水位。开闸后未发现任何振动现象。管理人员晚间对大坝进行了反复巡视，亦未见任何异常现象，于近21点离开大坝。21点20分，大坝突然溃决，当时库水位为100.12m。据坝下游1.5km对这一灾难少数目击者描述，他们首先感到大坝剧烈颤动，随之听到类似动物吼叫的突发巨响，然后感到强烈的空气波。最终他们看到巨大的水墙顺河谷奔腾，同一时间电力供应中断。洪水出峡谷后流速仍达20km/h，下游12km处Frejus城镇部分被毁，死亡421人，财产损失达300亿法郎。次日清晨发现大坝已被冲走，仅右岸靠基础部分有残留拱坝，一些坝块被冲到下游1.5km处，左岸坝基岩体被冲出深槽。2.3溃坝后的调查及分析1959年Malpasset拱坝溃坝并造成的重大灾难震惊了工程界，也因在此之前尚未有拱坝溃坝的先例。事故发生在坝工建设方面，尤其是在拱坝建设方面为世界最先进的国家；该坝是由最负盛名的设计大师Andce13\nCoyne设计的；它是当时溃坝记录中最高的坝；溃坝毁灭了Frejus市，在最富的地中海区造成重大灾害；这次事故表明任何型式的包括被认为最安全的拱坝都会遭到破坏(Serafim，1987)。Malpasset拱坝的失事，说明了当时对岩体内水的流动规律知之甚少。这一惨痛的教训大大促进了岩石力学，特别是岩石水力学的发展。本文将摘引已发表的文献，从岩石水力学观点分析其失事的机理。2.3.1溃坝原因的官方分析Malpasset拱坝所有者法国农业部于12月5日组建了一个调查委员会。几个月后提交了一个临时报告。1960年8月提出代表官方的最终报告，1962年夏报告对外公布(Laeger,1963)。该报告正文只有55页，因有40个附件，共形成三厚本报告。委员会委托法国电力公司(EDF)对大坝应力作了复核，最大压应力为6.1MPa，混凝土抗压安全系数为5.3。拱冠局部有1MPa拉应力。EDF还对拱的独立工作工况进行了校核。对左岸重力墩也进行了复核，在拱圈单独作用下重力墩是安全的。冲走的附有基岩的大量混凝土块均未发现混凝土与岩石接触面有破坏迹象。混凝土质量良好，其抗压强度为33.3MPa～53.3MPa。由此判断，坝失事是由坝基岩石引发的。委员会认为，水的渗流在坝下形成的压力引发了第一阶段的破坏(Jaeger,1979，391页)。2.3.2坝工界对溃坝原因的讨论法国官方最终报告公开后，引起了坝工界广泛重视。CoyneandBellier公司对Malpsset拱坝地基片麻岩进行渗透试验(BellierandLonde,1976)，得出了渗透性与应力明显关系。就这一关系对拱坝失事原因给出了明确的解释，并由Londe(1985，1987)在工程地基国际会议及大坝失事国际研讨会上作了报告。这一期间，还发表了一些重要论文和专著，主要有Jaeger(1963，1979)、Habib(1987)、Post和Bonazzi(1987)、Serafim(1981，1982，1987)、Wittke和Leonards(1987)及汝乃华和姜忠胜(1995)等。Malpasset拱坝失事至今已40多年，对其失事的原因至今尚未取得完全一致的认识。但绝大多数专家都认为坝基内过大的孔隙水压力是造成失事的主要原因。2.3.3Londe(1987)的分析片麻岩有片理构造。试验研究表明，当窄条形荷载与片理垂直时，应力向岩体深部传布呈扩散状，而当荷载与片理平行时，受片理影响，应力分布呈条带状传至岩体深部而不能扩散(图3)。Malpasset拱坝由于其与片麻岩片理空间相对关系，左坝肩拱推力与片理平行，右坝肩拱推力则与片理垂直。左右两坝肩岩体承载后的应力分布有很大差异。由于坝左有F1断层，在左坝肩从拱座到F1断层形成高应力岩体条带。Bernaix在Malpasset拱坝溃坝后对地基片麻岩体进行过室内渗透性与应力关系的试验，发现片麻岩的渗透性与应力关系十分明显。将这一关系用指标S表示：图3荷载垂直片理与平行处理应力分布13\nS=k-1/k50(1)式中：k-1为拉应力为0.1MPa时岩块的渗透系数，k50为压应力为5MPa时岩块的渗透系数。试验表明，S指标最大值可达200。按岩石渗透性与应力关系的试验结果，在拱坝推力作用下左坝肩拱座到F1断层实际上形成了条状防渗帷幕，相当于一个地下大坝。该区域的渗透系数仅为周围岩石的渗透系数的1/100或更小。由于条带内与条带外渗透系数相差100倍，绕坝渗流水头全消耗在防渗条带内。因而，在防渗条带上游就作用有相应于全水头的压力。左坝基岩体在全水头压力作用下沿F1断层滑动致使拱坝溃决(图4)。2.3.4Wittke和Leonards的分析西德Aachen大学Wittke教授在1984年秋考察了Malpasset拱坝遗址后，随即开展了对该坝失事原因的研究。作为Aachen大学访问学者，作者曾部分地参予了该项研究工作。Wittke从岩体渗流的增量荷载理论，用有限元方法分析坝与坝基在水压力、自重及渗流荷载作用下的变形和应力。结果表明，拱坝坝踵处岩体在垂直片理方向产生拉应力，该处片理产生张裂缝。库水进入裂缝并将裂缝劈开至下部断层处，在裂缝内形成全水头压力，使左坝肩至F1断层的岩块失稳(图5)，大坝溃决。图4Londe对Malpasset拱坝溃坝原因的解释图5Wittke对Malpasset拱坝溃坝原因的解释图4及图5对Malpasset拱坝破坏分析形式上一致，但出发点不相同。岩体中有节理、裂隙、片理、层面及断层等各种构造面，水流主要顺这些构造而运动。对多数岩石，岩块的渗透性常可忽略不计。从这个观点，Wittke提出的Malpasset拱坝溃坝原因的分析是比较最实际的。Serafim与Wittke的观点基本一致。2.4小结13\nMalpasset拱坝溃坝造成了灾害。对这一事故的分析研究加深了工程界对岩石力学的认识，并促进了岩石水力学的发展，目前已成为岩石力学的一个重要的学科分支。显然，岩石水力学的形成无论对科学的发展或对工程的安全都有重大意义。1987年在Purdue大学召开的以大坝失事为主题的国际研讨会上G.A.Leonards主席总结发言中有一段评论：“……Malpasset坝的溃决是推动初步形成的岩石力学成为一个茁壮成长的岩石工程学科的主要动力，这一学科可以广泛应用于土木工程，包括大坝、隧道、大型地下洞室、自然岩石边坡及人工岩石边坡的稳定性各类问题上。……”3意大利Vajont拱坝近坝岸库岩体大滑坡3.1滑坡的基本情况1959年建成的意大利Vajont拱坝位于Piave河支流Vajont河上，坝高262m，当时是世界最高的拱坝。1963年10月9日夜，Vajont水库水位达700m高程，大坝上游近坝库左岸约2.5亿m3巨大岩体突然发生高速滑坡，以25m/s的速度冲入水库，使5500万m3的库水产生巨大涌浪。大约有3000万m3的水翻越坝顶泄入底宽仅20m的狭窄河谷。翻坝的水流在右岸超出坝顶高度达250m，左岸达150m。水流以巨大流速滚向下游。经Vajont河冲入Piave河时，经近直角的弯转后席卷Longarone小镇及几个邻近村庄，造成生命及财产巨大损失，共有2500人死亡(Jaeger,1979)。由于拱坝设计合理，拱座岩石坚固且经锚索加固，在如此巨大超载(估计超过设计荷载8倍)作用下，262m高的Vajont双曲拱坝依然圪立，基本完好。但大滑坡的石碴掩埋了水库，堆石高度超过坝顶百余m，使大坝和水库完全报废。3.2Vajont拱坝简介意大利Vajont双曲拱坝最大坝高262m。坝顶高程725.5m，设计蓄水位722.5m。坝址河谷深而窄，坝面弦长仅160m。地基岩石为灰岩，节理发育。地基的主要问题是节理较发育。受法国Malpasset拱坝失事的影响，Vajont高拱坝竣工后，又采用100t预应力锚索对两岸坝肩部位岩体进行了加固。锚索长55m，左岸125根，右岸25根。此外还使用了大量一般锚筋，对波速低于3000m/s的岩体进行固结灌浆加固。加固工程于1960年9月完成。3.3左岸滑坡区地质简况图6为Vajont近坝左岸岩层的地质图。地层从下到上为鲕状灰岩、泥灰岩、上泥灰岩、下白垩系岩层、上白垩系岩层。整个岩层靠近河谷有600～700m为水平层，内部层面为倾角30°～40°，倾向河谷。岩层层面类似于斜靠背椅，Vajont近坝库岸大滑坡的特点与这种层面产状特点是紧密相关的。3.4Vajont大滑坡简要过程图7为Vajont水库自蓄水开始(1990年2月)至发生大滑坡(1993年10月)时降雨、库水位、滑坡速度及监测地下水位的过程线。由于Vajont近坝左库岸边坡运动形态与库水位密切相关，现对这一滑坡的时间过程作简要叙述。3.4.1水库蓄水前在Vajont水库库岸做过一些勘测(包括航测)工作，发现左库岸有一些小的古滑坡。这些滑坡分布在高程700m，位于坝上游500m至1400m一带。为了观测蓄水后边坡动态，决定将库水位蓄至650m，进行一次1∶13\n1比尺滑坡体现场试验。为这一试验作了现场勘测及位移、测压管、测斜仪等项目的监测。还进行了极限平衡及有限元分析。3.4.2第1期蓄水(库水位由580m升至650m)水库自1960年2月开始蓄水(起始水位(580m)，自1960年7月库水位以每天约0.3m上升，至同年11月9日水位达650m。11月4日库左岸坝头处发生70万m3堆石体滑坡，滑坡体在10分钟内滑入水库。同时在左岸1000～1300m高程处出现M型裂缝。滑坡体位移监测表明最大位移已达每天3.6cm。为边坡安全计，决定将库水位在50天内由650m降至600m。随着库水位下降，位移迅速停止发展。3.4.31961年1月6日至10月17日低库水位时段在这一时段内进行了以下工作：(1)进行了补充地震勘探。与水库蓄水前的地震勘探资料相比，表明在相当深度范围内岩石有显著松动。(2)认为可能发生较大的滑坡会将水库分割成两部分，为此在右岸修建直径5m、长2km的隧洞，使水库上游部分的水能达到坝的排水口。(3)修建探洞进一步查明滑面并兼作排水设施(但因位置过高难以发挥作用)。(4)增加27个地表位移观测点。Padua大学对发生2.0～2.6亿m3大滑坡时的涌浪高度进行水力学模型试验研究。用卵石模拟滑坡体，滑坡延时由60s至10min，测出最大涌浪高为26m，因此得出结论：只要库水位不超过720m，滑坡对下游的影响极小。3.4.41961年10月17日水库再次升高水位及降低水位经100d后库水位再达初次蓄水最高水位650m，在整个蓄水期间，观测到的地面位移很小，几乎停止或小于1.5mm/d。因而决定继续蓄水，由1962年1月中旬开蓄，至1962年12月末库水位达700m。这时地表位移速率达11mm/d，虽然远小于2年前的最大位移36mm/d，但仍决定将库水位降低，至1963年4月初降至650m。地面位移速率减小至2mm/d。图6Vajont滑坡地质剖面图7Vajont滑坡降雨(E)、库水位(F)、位移速率(G)及测压管水位(H)过程线3.4.5第3次提升库水位13\n水库初次升、降水位使第2次水位时位移速率大为减小。由此推论第2次升、降库水位对第3次升水也应有同样效应。基于这种认识，决定于1963年4月初第3次升高库水位。1963年9月26日，库水位达到710m时，地表位移猛增至30mm/d。决定紧急降低库水位，但位移速率非但不减小，反而继续增加。至1963年10月9日，突发的灾难性的大滑坡最终发生了，滑坡速度达到20～30m/s。3.5从岩石水力学观点分析Vajont大滑坡Vajont大滑坡及其所造成的灾难出乎当时设计人员、地质人员及科研人员的预料。滑坡发生后，对其原因分析意见颇多分歧。其中有两个现象使科学家和工程技术人员感到困惑。3.5.1滑坡位移速率与库水位的关系Müller(1964)在其论文“Vajont河谷的岩石滑坡”给出坡面位移与库水位的关系(图8)。图8与图7相同，但表达的方法更为直接。由图明显看出，在库水位上升时滑坡加速，库水下降时滑坡停止。这一现象与许多挡水土坝滑坡所得到的经验相矛盾，土体总是在库水位降落时出现滑坡(Jaeger,1979)。对这一现象，当时未有满意的解释。时至今日，按岩石水力学观点这一现象在特定条件下是正常的。由于水在岩体中主要沿其中的裂隙运动，实际流速通常比达西流速大4～6个量级，但土体中实际流速与达西流速大体相当。这就是岩石水力学与孔隙介质渗流学根本区别之一。岩石边坡裂隙中的水位可与库水位同步升降。Vajont近坝库左岸滑坡滑面为靠背椅形。库水位上升时，滑坡平段被水淹没，岩石由湿重变为浮重，阻滑力减小，位移因而加大。反之，当库水位下降时，阻滑力加大，位移就减小或停止。图8库水位(实线)与岩石位移(虚线)关系3.5.2滑坡最大滑速Vajont近坝库岸滑坡巨大灾害不仅由于滑坡体积的巨大，更因最大滑速达25m/s。滑速25m/s是Müller的估计，不是也不可能是观点值，但为文献广泛引用。目测估计涌浪高达220m，根据流体力学动量理论，按滑面摩擦系数0.179(摩擦角略大于10°)反算得最大滑速为32m/s。另一些报告则认入水滑速应为20～25m/s。也有人从岩石冲出对岸高达150m估算滑坡最大滑速为50m/s。上述关于Vajont滑坡最大滑速的估算虽为滑坡发生后的反分析，但滑坡速度甚高这一点是肯定的。在Vajont大滑坡未发生前，尽管许多地质工作者均预计到可能产生滑坡及其规模。但都认为对于这种靠背椅状的岩石构造，滑坡是低速型的。没有任何人预先估计到该滑坡是滑速最快的和创记录的破坏性的滑坡(Jaeger,1979)。这一点如实地反映了当时对滑坡的认识水平。3.6小结在1985年举行的大坝失事国际讨论会上，奥地利的MüllerSalzburg(1987)在他报告结束时说了如下一段话：“在Vajont灾难发生后，许多人写文章，作报告，认为这是一次很容易避免的灾害。另一些人则说，这是一个不可避免的不幸。我认为，这两种意见都是错误的。灾害是人类错误造成的，肯定是科学上判断的错误，是知识匮缺的后果。”Mü13\nller-Salzburg的意见值得深思。在Vajont滑坡惨剧发生近40年后的今天，有必要用当今的知识水平，特别是用岩石水力学的观点，对Vajont滑坡进行再认识，提高对同类自然灾害的预见能力而采取相应的措施防止其发生，或作出正确判断和预报，减少滑坡造成的损失。4美国Teton坝溃决4.1Teton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。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图9位于节理流纹岩地基上的大坝典型剖面岩，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13\n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。4.3溃坝原因分析Teton坝溃决后，美国内务部及Idaho州组成以ChadwickW.L.为主席的Teton坝溃原因调查的独立专家组(IndependentPaneltoReviewCauseofTedonDamFailure)，该专家组于1976年10月提出的FailureofTetonDam的专门报告。与此同时，又组织了以EikenberryF.W.为主席的美国内务部Teton溃坝审查组(U.S.Dept.ofInteriorTetonDamFailureReviewGroup)，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EngineeringGeology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。SeedandDuncan,Fucik,Leps.Penman及Sherard等均在会上宣讲了论文。图10槽底填土低应力区专家们认为，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)。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。”13\n5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图11Teton大坝破坏过程示意图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。13\n参考文献：[1]BearJ.Modelingflowandcontaminnttransportinfracturedrocks[Z].Flowandcontaminanttransportinfracturedrocks,J,Bear,C.F.Tsing,andG.DeMarsily(eds),1-37,AcademicPress.[2]BelloniLG,StefaniR.TheVajontslide:instrumentation-pastexperienceandthemodernapproach[J].EngineeringGeology,1987,24:445-474.[3]BellierJ,LondeP.,TheMalpassetDam[J].EvaluationofDamsafety,EngineeringFoundationConf.Proceedings,1976,76-136.[4]BroiliL.NewknowledgesonthegeomorphologyontheVajontslidesurface[J].RockMech.Engn.Geol.,1967,5:38-88.[5]ChadwickWL.ChairmanofIndependentPaneltoReviewCauseofTetonDam,FailureofTetondam[R].ReporttoU.S.DepartmentoftheInteriorandStateofIdaho,Dec.1976.[6]EikenberryFW.ChairmanofU.S.DepartmentoftheInteriorTetonDamFailureReviewGroup[R].FailureofTetondam,AReportofFindings,Apr.1977.[7]EikenberryFW.ChairmanofU.S.DepartmentoftheInteriorTetonDamFailureReviewGroup[R].FailureofTetondam,FinalReport,Jan.1980[8]FucikBE.TheTetondamfailure-adiscussion[J].EngineeringGeology,1987,24:207-215.[9]HabibP.TheMalpassetdamfailure[J].EngineeringGeology,1987,24:331-338.[10]HendronAJ,PattonFD.TheVajontslide-ageotechnicalanalysisbasedonnewgeologicobservationsofthefailuresurface[J].EngineeringGeology,1987,24:475-491.[11]JaegerC.TheMalpassetreport[J].WaterPower,1065,15(2):55-61.[12]JaegerC.TheVajontrockslide[J].WaterPower,1965,17(3):110-111.[13]JaegerC.TheVajontrockslide[J].WaterPower,1965,17(4):142-144.[14]JaegerC.Rockmechanicsandengineering,2ndEdition,CambridgeUniversityPress,1979.[15]KenneyTC.StabilityoftheVajontvalleyslope[J].RockMech.Engn.Geol.1967,5:10-16.[16]KierschGA.Vajontreservoirdisaster[J].1964,CivilEngn.ASCE,32-40.[17]LeonardsGA.Overviewandpersonalcommentary[J].EngineeringGeology,1987,24:577-612.[18]LepsTM.FailureofTetondam,1976-inviteddiscusser'sresponsestopreparedquestions[J].EngineeringGeology,1987,13\n24:217-220.[19]ЛомизеМ.Фильтрациявтрещиноватыхпородах[Z].Госэнергоизат，1951.[20]LondeP.TheMalpassetDamfailure[J].EngineeringGeology,1987,24:295-229.[21]LouisC.Rockhydraulics[J].RockMechanics,ed.byl.Müller,299-387,Udine,1974.[22]MüllerL.TherockslideintheVajontValley[J].RockMech.Eng.Geol.1964,2:148-212.[23]MüllerL.NewConsideratiomonVajontslide[J].RockMech.Eng.Geol.1964,6:1-19.[24]MüllerSalzburgL.TheVajontcatastrophe-apersonalreview[J].EngineeringGeology,1987,24:423-444.[25]NonveillerE.TheVajontreservoirfailure[J].EngineeringGeology,1987,24:493-512.[26]PenmanADM.Tetoninvestigation-areviewofexsistingfindings[J].EngineeringGeology,1987,24:221-237.[27]РоммЕС.Филвтрационныесвоистватрещиновтыхгорныхпород[Z].ИздателвствоНедра,Москва,1966.[28]PostG,BonazziD.LatestthinkingontheMalpassetaccident[J].EngineeringGeology,1987,24:339-353.[29]汝乃华，姜忠胜.大坝事故与安全.拱坝[M].北京：中国水利水电出版社，1995.[30]SeedHB.DuncanJM.,ThefailureofTetondam[J].EngineeringGeology,1987,24:173-205.[31]SerafimJL.Malpassetdamdiscussion-remembrancesoffailureofdams[J].EngineeringGeology,1987,24:355-366.[32]SerafimLJ.Safetyaspectsinthedesignandinspectionofdams[J].WaterPower&DamConstruction,1982,5.[33]SherardJL.LessonsfromTetondamfailure[J].EngineeringGeology,1987,24:239-256.[34]SnowD.Rockfracturespacing,openingsandporosities[J].J.SoilMech.Founda.Div.ASCE,1968,94:73-91.[35]WittkeW.LeonhardsGA.ModifiedhypothesisforfailureofMalpassetDam[J].EngineeringGeology,1987,24:367-394.[36]仵彦卿.裂隙岩体应力与渗流的关系研究[J].水文地质工程地质，1995，(6)：30-35.[37]张有天，张武功.裂隙岩体渗流特性、数学模型及系数量测[J].岩石力学，1982，(8)：-.[38]张有天.岩体渗流与工程设计[A].岩石力学新进展[C].沈阳：东北工学院出版社，1989.[39]张有天.裂隙岩体渗流的理论和实践[A].中国岩石力学与工程学会第二届岩石力学数值分析会议论文集[C].上海：同济大学出版社，1990.13\n[40]张有天.裂隙岩体中水的运动及其与水工建筑物的相互作用[A].岩土与水工建筑物的相互作用[C].汪闻韶等编，天津大学出版社，1992，205-284.13