土石坝的震害类型研究

陈正

【摘 要】统计以往国内外土石坝的震害资料，分析地震对土石坝的破坏类型主要有滑坡、水平位移、渗漏、震陷、裂缝，面板与河谷接缝发生变位，面板间的施工缝错台、脱空及被挤压，坝顶防浪墙开裂和被挤压等。得到在地震荷载作用下，土石坝的震害类型主要有永久变形、滑坡失稳、液化、防渗体破坏和次生破坏等，而且这些震害常常不是单独出现，其机理也相互耦合。

【关键词】震害；土石坝；破坏

中图分类号： TU411 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）34-0196-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.34.081

Study on seismic damage types of earth rockfill dams

CHEN Zheng

（Zhenjiang source building design Consulting Co.， Ltd.， Jiangsu Zhenjiang 212000， China）

【Abstract】The seismic damage data of earth and rockfill dams at home and abroad are analyzed， and the damage types of earth and rock dams are mainly landslides， horizontal displacement， leakage， seismic subsidence and cracks， and the joints between the panels and the valley are changed， the construction joints between the panels， the dislocation and the extrusion， the crack and the extrusion of the top of the dam， and so on. Under the action of seismic load， the earthquake damage types of earth rockfill dams mainly include permanent deformation， landslide instability， liquefaction， seepage prevention and secondary destruction， and these earthquake damage often do not appear separately， and their mechanism is coupled with each other.

【Key words】Earthquake damage； Earth rock dam； Destruction

統计以往国内外土石坝的震害资料、分析大坝的震害类型和机理，不仅可以检验以往的抗震设计理论的合理性，而且也是推动土石坝抗震新理论、新数值分析方法和新抗震加固措施发展的基础，对我国的高土石坝建设是一项有重大实际意义的基础性工作。

1 地震对土石坝的破坏

国内外有较多的土石坝遭受地震的考验。有些出现了明显的震害甚至失事，如美国的谢菲尔德坝、下圣费南多坝、柯尔曼坝、罗吉斯坝等都因地震造成严重破坏，甚至丧失使用功能；我国的密云白河土坝、陡河土坝、荒山土坝、石门土坝等都曾因地震而发生滑坡、渗漏、震陷、裂缝等震害[1]。1999年台湾发生了震级为7.3级的地震，震中附近的石冈水坝右岸在地震中发生较大的垂直错动，致使大坝三道溢洪道闸门结构严重毁损，从而使水坝丧失蓄水调节及引水功能，影响到中部地区两百万人口的用水。2008年5月12日，我国四川汶川发生了里氏8.0级的大地震，震中烈度Ⅺ度，地震震动时间80秒，这次地震持续时间长，是新中国成立以来强度最大、影响最广的大地震。在这次地震中，共有2666座水库受损，其中有69座大坝有溃坝险情的，均为土石坝。紫坪铺面板堆石坝是世界上经历过超强地震考验的最高面板堆石坝，经过有关部门震后调查，大坝受到局部损伤，其主要震害有：大坝发生明显震陷和发生较大的水平位移；面板与河谷接缝发生变位；部分面板间的施工缝错台、脱空及被挤压破坏；坝顶防浪墙有部分开裂和挤压破坏现象；大坝的下游坡面堆石料松动并向下滑移；大坝的渗漏量较地震前有所增加[2-5]。

2 土石坝的震害类型

总结国内外土石坝震害资料，在地震荷载作用下，土石坝的震害类型主要有永久变形、滑坡失稳、液化、防渗体破坏和次生破坏等，这些震害常常不是单独出现，其机理也相互耦合，如大坝的水平永久变形和竖向永久变形（震陷）如果过大，坝体会产生水平和纵向裂缝，横缝的发展往往会成为渗漏的通道，纵缝的发展往往是滑坡的先兆。大坝的滑坡可能会导致溃坝，又会引起次生灾害水灾。

（1）永久变形。包括震陷和水平永久变形，以及由它们产生的坝体裂缝和渗漏。坝体在地震作用下，筑坝材料的强度降低，塑性区扩大，导致坝顶的水平位移较大及坝面出现不同程度的下沉，坝体产生纵横向裂缝，严重时可能出现塌陷与坝体滑坡等情况。如唐山地震中的高22m陡河陡河水库土坝，地震造成大坝出现遍布坝体的100多条宽大的纵、横向裂缝，且坝体发生大幅度沉陷和位移，防浪墙倒塌[6]。2008年紫坪铺面板堆石坝受汶川大地震的影响出现明显地震陷，其中最大震陷达744.3mm，占坝高的0.47%，坝顶最大的水平位移达到199.9mm。1976年唐山大地震中邱庄、洋河等土坝出现弧形裂缝，易引起滑坡。1973年日本北海道地震中Niwa-ikumin坝的最大沉降达到1.5～2m[7]。

（2）滑坡失稳。包括坝体滑坡及坝面浅层滑坡。当大坝在地震惯性力作用下以及地震作用下坝内出现较大的超孔隙水压力，使得坝体抗剪切强度急剧下降如滑动力大于抗滑力的时候，大坝整体或局部就会出现滑坡或崩塌等震害1971年唐山大地震中，我国坝高66m的密云水库白河主坝，震后上游坝坡砂砾石保护层大规模坍滑。如1971年美国San Fernando 6.6级地震，造成San Fernando坝整个坝体发生大规模坍塌。1995年日本神户地震中的kitayama坝，2001年印度布吉地震中的Shivlakha坝[8]。

（3）液化。包括坝基液化和反滤料液化。当土石坝的坝基含有易液化的砂土层以及坝基渗漏导致下游坝坡和坝基经常处于饱和状态，在地震作用下，土体的孔隙水压力会突然地升高，土颗粒之间的有效压力会急剧下降，甚至可能接近于零，这时土体完全丧失其抗剪强度，出现土体的液化现象。如唐山大地震中， 陡河土坝的坝脚出现喷水冒砂等液化现象

（4）防渗体破坏。包括混凝土面板破坏和防渗心墙破坏。大坝在地震作用下面板和心墙与坝体其它部位变形不协调，会使混凝土面板和防渗心墙产生破坏。如紫坪铺面板堆石坝在地震作用下面板脱空，施工缝发生明显错台，大坝防渗系统受到损伤。

（5）其它破坏。包括堰塞湖、溃坝引起的水灾、坝体附属结构破坏等。如1925年美国sheffield坝因地震发生溃坝[9]。2008年汶川大地震引起多处山体滑坡，在四川境内形成了具有一定规模的堰塞湖34座，其中有处于极高危险级的唐家山堰塞湖。海城、唐山和邢台等地震造成较多水闸出现基础变形、底板裂缝、启闭机排架断裂等震害。2002年阿富汗发生里氏7.1级地震， 造成新疆西克尔水库水库副坝段溃坝。此次水库溃坝造成下游农户受灾、农田淹没、渠道和道路损坏，冲坏桥涵和闸口两座，共造成直接经济损失756.82万元。

3 结论

（1）地震对土石坝的破坏主要有滑坡、水平位移、渗漏、震陷、裂缝，面板与河谷接缝发生变位，面板间的施工缝错台、脱空及被挤压，坝顶防浪墙开裂和被挤压等。

（2）在地震荷载作用下，土石坝的震害类型主要有永久变形、滑坡失稳、液化、防渗体破坏和次生破坏等，这些震害常常不是单独出现，其机理也相互耦合。

【参考文献】

[1]顧淦臣，沈长松，岑威钧.土石坝地震工程学[M].北京：中国水利水电出版社，2009.

[2]马文涛，李海鸥，杨主恩，等.汶川8.0地震对四川省水电水利工程场地安全性评价结果的检验[J].地震地质，2008， 30（3）：796-803.

[3]陈厚群.汶川地震后对大坝抗震安全的思考[J].中国工程科学，2009（06）：44-53.

[4]陈厚群，徐泽平，李敏.汶川大地震和大坝抗震安全[J]. 水利学报，2008（10）：1158-1167.

[5]陈生水，霍家平，章为民.“5.12”汶川地震对紫坪铺混凝土面板坝的影响及原因分析[J].岩土工程学报，2008，30（6）：795-801.

[6]刘恢先.唐山大地震震害（第三册）[M].北京：地震出版社，1986.

[7]日本电力土木技术协会编，陈慧远，等译.最新土石坝工程学[M].北京：水利水电出版社，1983.

[8]曹学兴.深厚覆盖层地基高土质心墙堆石坝抗震安全性研究[D].武汉：武汉大学博士毕业论文，2013.

[9]United States Committee on Large Dams. Observed Performance of Dams During Earthquakes， Volume Ⅱ[M].The United States of America： 2000.

[10]库尔班.阿西木.地震对西克尔水库大坝工程的影响和抗震加固[J].大坝与安全，2006，6：64-67.