美國Teton壩潰決
一、工程概況
Teton壩位于美國Idaho州的Teton河上，是一座防洪、發電、旅游、灌溉等綜合利用工程。大壩為土質肥心墻壩。最大壩高126.5m(至心墻齒槽底)。壩頂高程1625m，壩頂長945m。土基壩段壩上游坡：上部為1:2.5，下部為1:3.5。壩下游坡：上部為：1:2.0，下部為1:3.0。左岸為發電廠房，裝機16MW。右岸布置有3孔槽式溢洪道。該壩于1972年2月動工興建，1975年建成。 圖1 位于節理流紋巖地基上的大壩典型剖面
岸坡巖基壩段見圖1。肥心墻材料為含黏土及礫石的粉沙，上游坡為1:1.5，下游坡為1:1。心墻兩側為砂、卵石及礫石壩殼。大壩防滲心墻用開挖深33.5m齒槽切斷沖積層，槽體用粉砂土回填。基底高程1554.5m以上的兩岸坡齒槽坡比為1:0.5(圖1)，槽體切斷上部厚70m的強透水巖體，槽身用與壩體相同的粉砂土回填。心墻下游面有一排水層，由篩選的砂及卵石填筑，但在心墻與砂層之間無過渡層。心墻底部與沖積層以及齒槽填土體與巖壁之間均無過渡層。在槽底沿壩全長設帷幕，最大幕深達91.44m。壩主剖面為單排孔灌漿帷幕，灌漿孔距為3.05m。兩岸齒槽下為3排孔灌漿帷幕，外側兩排孔距均為3.05m，中心排孔距6.10m。壩址位于Teton河谷的峽谷上。兩岸均為后第三系凝灰巖，節理發育強烈，裂隙寬度一般達0.6～7.6cm，偶有30cm寬的裂隙。河床沖積層厚約10m。在壩兩端覆蓋著約8m厚的風積粉土。在壩址進行過5個孔的巖石抽水試驗，抽水量超過380l/min，影響范圍估計達30km，巖石為強透水性。通過灌漿試驗表明，對表層強透水巖體采用深填土齒槽比灌漿處理更為經濟。
二、潰壩過程
水庫于1975年11月開始蓄水。1976年春季庫水位迅速上升。擬定水庫水位上升限制速率為每天0.3m。由于降雨，水位上升速率在5月份達到每天1.2m。至6月5日潰壩時，庫水位已達1616.0m，僅低于溢流堰頂0.9m，低于壩頂9.0m。在大壩潰決前2天，即6月3日，在壩下游400～460m右岸高程1532.5～1534.7m處發現有清水自巖石垂直裂隙流出。6月4日，距壩60m高程1585.0m處冒清水，至該日晚9時，監測表明滲水并未增大。6月5日晨，該滲水點出現窄長濕溝。稍后在上午7點，右側壩趾高程1537.7m處發現流混水，流量達(0.56～0.85)m3/s，在高程1585.0m也有混水出露，兩股水流有明顯加大趨勢。上午10點30分，有流量達0.42m3/s的水流自壩面流出，這同時聽到炸裂聲。隨即在壩下4.5m，在剛發現出水同一高處出現小的滲水。新的滲水迅速增大，并從與壩軸線大致垂直，直徑約1.8m的“隧洞”(壩軸線樁號15+25)中流出。上午11點，在樁號14+00附近水庫中出現漩渦。11點30分，靠近壩頂的下游壩出現下陷孔洞。11點55分，壩頂開始破壞，形成水庫泄水溝槽。從發現流混水到壩開始破壞約經5h。
耐人尋味的是，126.5m高的Teton土壩不在最大壩高的河岸壩段破壞，而在壩高相對較小的河岸壩段破壞；壩體潰決不發生在壩基為沖積層的河床壩段，而發生在壩基為巖基的岸坡壩段。
11:30洞口繼續向上擴大，泥水沖蝕了壩基，主洞的上方又出現一滲水洞。流出的泥水開始沖擊壩趾處的設施。
1976年6月5日上午10:30左右，下游壩面有水滲出并帶出泥土。
圖2 潰壩過程照片
三、 潰壩原因分析
圖3 槽底填土低應力區
Teton壩潰決后，美國內務部及Idaho州組成以Chadwick W. L.為主席的Teton壩潰原因調查的獨立專家組(Independent Panel to Review Cau of Tedon Dam Failure)，該專家組于1976年10月提出的Failure of Teton Dam的專門報告。與此同時，又組織了以Eikenberry F. W.為主席的美國內務部Teton潰壩審查組(U. S. Dept. of Interior Teton Dam Failure Review Group)，該審查組于1977年4月也提出了一個專門報告。以上述兩個報告為基礎，內務部審查組于1980年1月提出Teton潰壩調查最終報告。這3份關于Teton潰壩的官方文件隨即對外公開，在這3個報告的基礎上，有關水工、地質及高校專家發表了許多文章。在一系列國際會議上將Teton潰壩原因作為討論主題。1987年Engineering Geology期刊1～4期合刊本登出了1985年在Purdue大學召開的以在壩失事為主題的國際研討會，Teton壩的失事是討論課題之一。Seed and Duncan, Fucik, Leps. Penman及Sherard等均在會上宣講了論文。
專家們認為，由于岸坡壩段齒槽邊坡較陡(圖1)，巖體剛度較大，心墻土體在齒槽內形成支撐拱，拱下土體的自重應力減小。有限元分析表明，由于拱作用，槽內土體應力僅為土柱壓力的60%。在土拱的下部，貼近槽底有一層較松的土層(圖3)。因此，當庫水由巖石裂縫流至齒槽時，高壓水就會對齒槽土體產生劈裂而通向齒槽下游巖石裂隙，造成土體管涌或直接對槽底松土產生管涌(圖4)。
圖4 Teton大壩破壞過程示意圖
四、 小結
1985年在大壩失事國際研討會上，美國咨詢工程師Sherard(1987)發表了一段發人深省的意見： “……任一重要大壩都不應在一個人或一個組的指導下進行設計和建造，而沒有其他有否決權專家的獨立審查。如果Teton壩的設計，經過完全獨立專家們的審查，這種設計就不會被通過，事故也就不會發生。”
