(1)只有早期建成的小坝因地震而溃坝。用现代技术建成的土石坝可以在Ⅹ度以上的地震烈度区不发生严重破坏。例如紫坪铺混凝土面板堆石坝、碧口黏土心墙砂卵石堆石坝经受了Ⅺ度和Ⅸ度地震袭击,有损伤而无毁坏,是因为筑坝土石料级配良好,碾压密实,坝体断面结构正确。美国赫布根坝也是一项良好例证。
已有资料表明,日本1939 年男鹿半岛地震、1964 年新潟地震、1968 年十胜冲地震,有29 座高10m左右的小坝溃决,这些坝都是早期建成的,多数是火山灰质砂壤土均质坝,砂粒含量80%~90%。填筑干密度低 (1.18g/cm3以下)。震后,裂缝导致漏水冲刷而溃坝,或震时滑坡溃坝。日本20 世纪50 年代以后建成的土石坝没有震溃事例,美国1917 年建成的高7.6m的小坝,为粉质砂土和粉质黏土坝体及地基。震前,坝脚已漏水。1925 年圣他巴巴拉(Santa Barbara)地震,坝基整体滑动而溃坝。我国几次地震,都没有溃坝事例。通海地震,烈度为Ⅹ度区的5 座坝,高5~10m,为黏性土均质坝,夯实或碾压,截水槽开挖到基岩。震后严重裂缝,修补后照常工作。汶川地震,在烈度Ⅵ度区有6700 多座土石坝,震后有险情的380 座,但没有一座垮坝。用现代筑坝技术,提高填土碾压标准,或用堆石支撑棱体,震害还可减轻。
(2)最普遍的震害是裂缝和变形。可采取措施,减少裂缝产生;或用辅助防渗措施,防止裂缝漏水导致冲刷溃坝。估算震陷量,预留足够的坝顶超高或设置稳定坚固的高防浪墙,防止因震陷或地震涌浪漫坝。
(3)地震使土石坝滑坡主要发生在砂土或砂砾石坝壳及斜墙保护层。这是由于砂土或砂砾石不碾压或厚层轻碾压,没有达到应有的密度而造成的。如密云白河主坝、汤河土坝、王屋、冶源、黄山土坝,其砂土或砂砾石相对密度都在0.6 以下,Ⅵ度地震就滑坡。反之,陡河土坝护坡下面的防冻砂层是细砂,相对密度达到0.83,在Ⅸ度地震下没有滑坡。大伙房心墙土坝坝壳砂砾石的粗粒含量少于密云白河主坝,只有30%~60%,但用重型机械夯实,相对密度达到0.83。海城地震,大伙房坝址烈度Ⅵ度,毫无震害。碧口心墙土石坝支撑棱体一部分是堆石,重型振动碾压实,干密度达2.27g/cm3;一部分是砂砾石,压实后的相对密度大于0.75 。1976 年8 月16 日松潘平武地震,震级7.3 级。碧口坝坝址烈度Ⅵ度强,毫无震害。汶川地震,碧口坝地震烈度Ⅸ度,震害极微。毛家村心墙土石坝支撑棱体一部分是砂砾石,相对密度为0.8。1966 年2 月5 日东川地震,震级6.5 级,震中距40km,毛家村坝址烈度Ⅶ度,毫无震害。砂土、砂砾石坝坡防止地震滑坡的关键措施是碾压密实,可减少或不产生地震附加孔隙水压力。还可用堆石坡围封,防止滑坡。用本书第5~7 章方法试验研究计算后,便可作出正确的设计。
(4)土石坝坝基防渗措施不当,正常运行时已漏水,下游坝坡和地基经常饱和,则地震时漏水增加,造成险情,或发生喷水冒砂,坝坡塌陷。因此,地震区土石坝坝基的砂砾石覆盖层,应该用竖直防渗措施截断渗流。(www.xing528.com)
(5)坝基存在易液化的砂层或软弱土层(如淤泥等)时,地震时将发生液化及软土挤出,使坝脚喷水冒砂及软土隆起,导致坝体过量变形裂缝,造成险情。这种地基应加固,使之密实,防止液化和软土挤出,或在坝脚上下游地面加反压平台。
(6)密实的砂卵石或堆石支撑棱体,不会发生整体塌滑,但由于坝顶部位地震反应比坝底部位大数倍。坝顶部位很大的地震惯性力会导致上部局部坝坡失稳。可将上部坝坡局部改缓,或在上部砂卵石和堆石中加筋,增加抗震能力。
(7)有一定数量的坝下埋管在地震时折断、裂缝、漏水,虽未造成溃坝,但有的已很危险。如海城地震时,杏才沟土坝(烈度Ⅸ度)预制混凝土管断裂,漏水沿外壁冲刷接触土体,使坝体塌陷6m宽坑穴,水库泄空。这是由于该坝库容小,很快泄空。如果是大水库,漏水时间长,坑穴继续扩大,必将导致溃坝。但是,如果将埋管坐落在基岩上,并采用整体钢筋混凝土管,做好伸缩缝,管壁外的填土仔细夯实严密接触。对于中低坝,即使在烈度Ⅹ度以上震区亦可采用,但用于高坝还应慎重。
(8)水力冲填坝处于饱和或接近饱和状态,主要是砂质土,相对密度很低。地震时,产生很大附加孔隙水压力,抗剪强度大为降低,导致坝体塌滑。在较强的地震区,不宜采用这种坝型。我国西部地区常采用自流式水力冲填坝,是黄土类黏性土或黄土由山上自流冲填到坝体的。筑成后饱和度较高,干密度较低。地震时附加孔隙水压力虽比饱和砂土略低,仍易发生塌滑。需加强专用排水,加速固结。矿山的尾矿坝及火力发电厂的储灰坝如果采用水力冲填法填筑,坝体是饱和砂或饱和煤灰,地震时容易塌滑,可用本书第5~7章方法试验研究计算各种不同的排水和加固效果后,确定合理的设计方案。
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