法国Malpasset拱坝溃决事故分析
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Londe(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。 青
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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，左岸坝业部于12月5日组建了一个调查委员会，该委员 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.法国官方最终报告公开后，引起了坝工界广泛重视。 Coyne and Bellier公司对Malpsset拱坝地基片麻岩进行渗 透试验(Bellier and Londe,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。
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Wittke和Leonards的分析
西德Aachen大学Wittke教授在1984年秋考察 Malpasset拱坝遗址后，随即开展了对该坝失事原因的研 究。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F1断 层的岩块失稳，大坝溃决。
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•
这一期间，还发表了一些重要论文和专着，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。
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小结
Malpasset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。……”
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法国Malpasset拱坝溃决
• • Malpasset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°。 青
法国Malpasset拱坝溃决事故分析
从岩石水力学角度
青 衣
关键词：
• 工程事故 岩石水力学 Malpasset拱坝
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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。有学者从岩石水力学的观点 分析讨论了工程事故的出事原因，本文对法国Malpasset 双曲拱坝溃坝事故分析做简要介绍。详细内容可参见相关 著作和论文。
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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 。
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Londe(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。 青
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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，左岸坝业部于12月5日组建了一个调查委员会，该委员 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.法国官方最终报告公开后，引起了坝工界广泛重视。 Coyne and Bellier公司对Malpsset拱坝地基片麻岩进行渗 透试验(Bellier and Londe,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。
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Wittke和Leonards的分析
西德Aachen大学Wittke教授在1984年秋考察 Malpasset拱坝遗址后，随即开展了对该坝失事原因的研 究。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F1断 层的岩块失稳，大坝溃决。
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•
这一期间，还发表了一些重要论文和专着，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。
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小结
Malpasset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。……”
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法国Malpasset拱坝溃决
• • Malpasset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°。 青
法国Malpasset拱坝溃决事故分析
从岩石水力学角度
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关键词：
• 工程事故 岩石水力学 Malpasset拱坝
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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。有学者从岩石水力学的观点 分析讨论了工程事故的出事原因，本文对法国Malpasset 双曲拱坝溃坝事故分析做简要介绍。详细内容可参见相关 著作和论文。
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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 。