美国Teton坝溃决
一、工程概况
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。 图1 位于节理流纹岩地基上的大坝典型剖面
岸坡岩基坝段见图1。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1)，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。
二、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。
11:30洞口继续向上扩大，泥水冲蚀了坝基，主洞的上方又出现一渗水洞。流出的泥水开始冲击坝趾处的设施。
1976年6月5日上午10:30左右，下游坝面有水渗出并带出泥土。
图2 溃坝过程照片
三、 溃坝原因分析
图3 槽底填土低应力区
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 Cau 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。
专家们认为，由于岸坡坝段齿槽边坡较陡(图1)，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3)。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4)。
图4 Teton大坝破坏过程示意图
四、 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。”
