渗流与岩土工程

2 .日本川崎县的现场人工降雨滑 坡试验
1971年11月11日
现场降雨试验



日本是一个多山和多雨的国家，降雨会使山丘上部的风化 土层饱和，沿坡的渗流引发滑坡和泥石流等地质灾害 ； 日本地质研究所(通产省)、消防研究所(自治省)、土木研究 所(建设省)、防灾科学技术中心(科技厅)共同组织进行了等 比尺的自然斜坡的滑动试验。 试验场地选在日本神奈川县，川崎市，生田的一处坡地。 事先在现场预备了大量的水罐，用喷头模拟降雨。 9日15:00人工降雨开始，到11日15:00左右降雨量已达 500mm。
（2）工程介绍



沟后水库设计库容330万方，属于小型水库，但最大坝 高71m，属于高坝； 下游13公里就是州府和县城的恰卜恰镇，位置重要。 水库大坝采用的是近年来发展的一种新坝型－混凝土 面板坝，这种坝型的安全性一般是比较高的； 该坝是国内外同类坝型唯一失事的案例，国外一些专 家很希望能到现场考察。

二期围堰的基坑开挖
设计
施工




广东省清远水利枢纽的船闸全年围堰工程，在2010年 汛期出现多处严重漏水、管涌，地基中大量砂土被渗 透水流携带涌出， 可是该工程在一个多月的渗漏、管涌期间，为了赶工 期，一直没有停工和采取有效措施，致使大量泥沙涌 进； 使已建成的29＃，30＃，31＃号泄水闸底板位移、沉 降；部分船闸主导墙底板断裂，造成工程事故和经济 损失，致使工期延误。 经济损失达亿元。
2.破坏过程短暂：5秒钟完成
3.崩塌时滑动速度达到 2 m/s
4.斜面上方滑动距离5.0～5.7m 5. 崩塌发生同时，孔隙水压・底面水压急剧上升 6. 斜面末端的水压力超过 30kPa
2004年11月野外试验
3. 广东清远水利枢纽施工事故
（1）工程简况
珠江的北江上河床式枢纽； 库容:3.535亿m3; 18孔泄水闸＋船闸＋503m溢洪道＋水电 厂房； 发电4万千瓦。
险情发生后指挥部立即组织上水、电力、煤气、 排水、通信、电缆、公安、交警、消防等各单 位采取了割接、改迁、封闭、暴露架空、重新 敷设、调整系统等措施，
确保抢险正常、快速进行和抢险人员安全，为
抢险提供了有利的保障。
（5）事故原因



（1）《冻结法施工方案调整》缺陷： 降低对冻土平均温度要求：-10 C —-8 C 制冷量不足：未考虑夏季施工损失； 冻结管数量减少（24－22），长度缩短25m—16m) （2）在冻结条件不太充分情况下进行开挖： 要求冻结时间50天，实际43天；6月24日回路温差大于 要求
事故区域
盾构从浦东向浦西推进， 在穿越黄浦江后经防汛墙、 外马路、文庙泵站、音像制 品批发交易市场进入中山南 路，在穿越多稼路后隧道上 下行线逐渐由水平同向推进 转为垂直同向推进直至浦西 南浦大桥站。 图中用深颜色表示的就 是本次事故的发生区域。
风井
事故部位
事故的发生点位于隧
18.25m
风 井
地 下 连 续 墙
（6）工程事故调查结论



定性：工程责任事故，直接经济损失1.5亿。 施工单位（北京中煤矿山工程公司）未经规定程序调整施 工方案； 险情征兆出现以后未能采取及时有效措施； 现场管理人员违章指挥，擅自凿洞直接导致事故发生； 总包单位（上海隧道工程股份有限公司）管理失控； 监理单位（上海地铁咨询监理科技有限公司）现场监理失 职。
渗流与岩土工程事故
李广信 清华大学岩土工程研究所
前言
渗流是岩土工程事故的主要诱因； 在水利水电工程与基坑工程中，大多数 事故是由渗流引起的； 渗流也是引发地质灾害的主要原因。

1. 上海地铁四号线越江隧道事故
2003年7月1号
(1)工程及事故概况
浦东南路站～南浦大桥站区 间隧道工程是上海市重大工程项 目――地铁四号线工程的一个重 要组成部分。浦东南路站到南浦 大桥站区间隧道上行线长2001m， 下行线长1987m，其中江中段 440m。区间隧道顶最大埋深为 37.7m，隧道中心线水平距离为 10.984m，隧道最大坡度为3.2%。
20:00，防汛墙也开始出现裂缝，沉降 进一步发展。
7月1日
7月2日-3日，隧道险情在进一步发展和扩大
隧道内继续大量进水，水位上涨速度较快， 约每小时涨移15M。管片损坏程度进一步扩展， 并有管片连接螺栓绷断，响声传出。
地面沉陷的范围和深度在进一步扩大，以风 井为中心的地面从沉陷漏斗发展成塌陷区，最 深达4M，临江大厦门口地面塌陷最深处约2M， 董家渡路沉陷达1M，中山南路明显下沉，地面 开裂发展加快。 音像市场倾斜加剧，楼板断裂；文庙泵站
事故原因
百度文库


（3）施工单位对于险情征兆没有采取有效措施： 压力水流出；土温上升 水压力达到承压水压力没有紧急止水措施，没向隧道 公司和监理公司汇报； （4）中煤上海分公司严重违章，擅自凿洞； （5）监理公司现场监理人员失职： 仅在6月25日、30日下井两次： 29、30日日记：“各项工作均正常” （6）隧道公司现场管理人员失职：24－7月1日，质量 员一次也未到工作面，28－30日记”一切正常“
根据各注 浆单位设备及 人员情况划分 注浆区域，统 一编号、统一 协调，建立注 浆管理网络， 落实责任单位 和责任人。
注浆补充地层损失
稳定土体，减少并控制土体 扰动范围，有利保护隧道和周边 建筑（区域外的构筑物），其主 要的措施就是尽快大量地向地下 注浆，以补充地层损失及改善隧 道结构受力条件。
第五、保障抢险安全，为抢险提供有利保障



晚上9点钟左右，水库管理人员杭果（工人，藏族）在屋 里听到坝上发出闷雷般的巨响，他跑出值班室，在坝底下 看到坝面在喷水，大坝中间的上部石块在水流冲击下翻滚 着发出水石相激的声响， 石块撞击时有火花闪烁，水雾 弥漫，坝顶出现缺口。 随后声响越来越大，水流越来越汹涌，库水奔腾而下，事 后估算这时最大流量达到了2050m3/s，流出总水量达到261 万方。 到晚10点40分，即大约历时1.5小时，大坝已经被冲走总 土石方体积的一半，在坝的中段形成一个 顶宽138m，底 宽61m，高60m的倒梯形缺口，
道的联络通道处(又称旁通
33.5m
道)，联络通道采用冰冻法
进行施工（风井采用逆作
法施工，已完成） 。
垂 直 通 风 道 旁通道隧道 4.2m
积水 坑
D5.5m
13.3m
（2）事故过程


2003年3月，中煤上海分公司开始安装冻结设备； 4月27日－5月11日，陆续供冷； 6月24日旁通道开始施工； 6月28日8：30，一台制冷机故障，下午4：00修复，发现 土体温度3C，停止冻土开掘； 6月30日，土体温度7.4 C，水压与第七层承压水压力相 同，用干冰制冷； 7月1日0时，在冻土中凿出0.2m孔洞，准备安装混凝土输 送管，有水流出；越流越大； 6时，大量水砂涌入旁通道，发出异响，人员撤出 周边建筑物下沉、地面裂缝、沉降，事故蔓延。
第三、防止黄浦江水和地表水进入事故区段对隧道损 坏的加剧 第四、稳定土体，减少土体扰动范围，补充地层损失 第五、保障抢险安全，为抢险提供有利保障
第一、封堵隧道、向隧道内灌水、 尽快形成和保持隧道内外水土压力平衡
专家组在险情发展过程中，对险情造成的最大损坏作了分析。
浦东南路站 南浦大桥站 风 井
黄 浦 江
室内试验
时间：2002年11月29日 土质：樱川砂(细砂) ρ=1.46 w=8% 斜面宽度：3m 土层厚度：1.2m 降雨强度：100mm/hr
30°
3m
10°
室内试验
1.破坏前兆現象存在（经历55分钟，移动速度渐渐加速） ・降雨开始后104分钟：土层开始发生位移
・降雨开始后159分钟：全面崩塌
隧道进水 轨 道 交 通 四 号 线
轨道交通1、2号线
事故最大损害分析示意图
① 设立区间水泥封堵墙
7月1日在距两侧车站约几百米处各筑一道水泥封堵墙
上行线长2001米
浦东南路站
黄浦江
水泥封堵墙 风井
南浦大桥站
水泥封堵墙
下行线长1987米
水泥封堵墙位置示意图
②设立车站端头井钢筋砼封堵墙
7月3日～7月4日在两侧车站端头井处设置第二道钢筋砼 封堵墙，并架设支撑和予埋加水管。
工程简况


水库位于黄河支流恰卜恰河的上游，青海省共和县内 ，青藏高原东北缘，海拔3200m。 恰卜恰河全长36.4km，年平均来水量1286万m3。全河 流域面积700km2，坝址控制领域面积198 km2。 水库枢纽工程包括大坝和输水隧洞。大坝按50年一遇 的洪水标准设计，500年一遇洪水校核。下游注入黄河 龙羊峡水库。
文 庙 泵 站 突 沉
临 江 花 苑 门 口 地 面 塌 陷
发生突沉；临江花苑大厦沉降速率加快，沉降 量达12.2mm，地下室出现裂缝。 河床严重扰动、下沉、滑移，近30m防汛墙倒 塌，近70m防汛墙结构严重破坏，黄浦江水冲向 风井，并由风井进入地下隧道，加剧险情发展。
(4) 抢险技术措施
第一、封堵隧道、向隧道内灌水、尽快形成和保持 隧道内外水土压力平衡 第二、减少地面附加荷载，防止对地面的冲击震动
水泥封 堵墙
上行线长2001米
水泥封 堵墙
浦东南路站 黄浦江
钢筋砼 封堵墙 钢筋砼 封堵墙
南浦大桥站
下行线长1987米
钢筋砼封堵墙位置示意图
钢筋混凝土封堵墙施工
第二.减少地面附加荷载，防止对地面的冲击震动
第三、防止黄浦江水和地表水进入事故区段对隧 道损坏的加剧
第四、稳定土体，减少土体扰动范围，补 充地层损失

建成仅3年的沟后水库大坝在首次蓄水接近正常高水位时 ，完全溃决。 垮坝后的溃口与残留坝体如图1所示。
水库大坝溃口
事故发生以后



沟后水库发生了严重的垮坝事故，在下游13公里处的 恰卜恰镇的居民还不知情，人们安居乐业，已经准备 安睡了。 而水库这里却是报警无着：电话不畅，摩托车无油， 领导找不到。据杭果讲，最后他“找了一辆摩托车到 镇上向领导报告”去了。 洪水大约用了一个小时，在晚11点50分抵达恰卜恰镇 ，尚在睡梦中的288人死亡，44人下落不明。
4. 沟后水库大坝溃坝
（1）事故回放


1993年6月27日晚8点多，位于青海省共和县的 沟后水库建成了3年，蓄水首次接近满库，比水 库允许的最高水位（设计与校核洪水位3278m ）只低不到1米。 青藏高原天色明亮，沟后村沈桂莲姐妹俩在坝 下游距坝顶高差20m处发现护坡块石中有一股 水流流出，像“自来水”一样。回来天下雨了 ，她们带着疑惑回家了。
7月1日凌晨，联络通道发生流沙涌水， 导致隧道上下行线严重积水，进泥沙。同 时以风井为中心的地面开始出现裂缝、沉 降。 6：00，音像楼发生明显变形，墙面开裂， 房屋开始倾斜。
7：30，地面裂缝明显加剧，沉降加快。 文庙泵站明显沉降、倾斜，风井也明显沉 陷。
(3)险情情况
9：00音像楼裙房发生二次突沉，并部 分坍塌，大楼继续倾斜，墙面开裂加剧。 15：00以风井为中心的地面沉陷加快， 并逐步形成沉陷漏斗。坍塌范围扩展到 董家渡路、中山南路、外马路、防汛墙。
事故情况


到下午3点钟多，山坡上流下的雨水增多，可见到山坡 上的小树开始倾斜和移动， 突然，着泥水、砂石和草木以迅雷不及掩耳之势从山 上奔驰而下，推倒了距坡脚28米外的护栏，直接扑向 人群，以每秒20－30米速度追击的人群。摄像机忠实 地记录了泥恐怖情景，几秒钟内，31人被裹挟着直冲 到55米外的水池中央。 警车与急救车及时赶到，幸存的人参加了紧急抢救。 最后还是有15人不幸遇难，另有11人受伤，被送到医 院治疗。
纪念碑
15人不幸遇难，
11人受伤 死者当中： 实验人员 参观者 报社记者 电视采访人员 1人 10人 1人 3人
室内降雨试验
降雨强度：15-200mm/hr 降雨范围：44m×72m 喷头数：544×4个 喷头高度：地面以上16m 扬水泵：160kw 11kg/cm 25.5kl/分(２台) 蓄水池：25m×38m×2.4m (2250m^3)
工程简况

大坝采用混凝土面板坝，坝料在初步设计时定为开采的 爆破石料，开工后施工单位提出改用天然砂砾料。 大坝设计填料分为4区，按照一般规律，是将细粒料（渗 透系数小）放在上游；粗粒料放在下游。 最大坝高71m，坝顶长265m，坝顶高程3281m，上下游 坝坡分别为1:1.6和1:1.5，坝顶设有5m高L型的防浪墙。 坝基为13m厚的冲积砂砾石覆盖层，只将趾板处的覆盖 层挖除，并对该处基岩进行了固结灌浆河帏幕灌浆。