水库垮坝模式分析

摘要：通过分析、研究历史垮坝事件资料，加深对水库大坝的垮坝模式及可能性的认识，解决大库运行管理中主要、突出问题，进而达到水库运行管理规范化、正规化的目标，使水库真正成为造福人民、造福国家、造福于社会的水利工程设施。

关键词：水库；垮坝；模式分析。

我国已建成各类水库约8.5万多座，其数量居世界首位。水库作为国民经济重要基础设施，是江河防洪体系的重要组成部分，也是调控水资源时空分布、优化水资源配置的重要工程措施。

但在过去的几十年中，我国曾经发生过很多垮坝事件，2023年鄂竟平部长宣布，2023年至2023年我国共有3486座水库垮坝，平均每年垮坝68座。

一、水库存在的主要问题。

我国水库的病险问题很多，且类型较为复杂。主要有以下几个方面：

1、防洪标准低。因水库运用方式改变、水文系列变化等原因，或导致水库防洪标准达不到规范要求，或大坝高程不满足要求，或水库泄洪能力不足。

2、大坝稳定性差。水库大坝存在坝体断面不足、坝坡或坝体抗滑不稳定、坝体裂缝等问题。3、坝体、坝基、坝肩渗漏严重。

尤其是土石坝存在坝体渗漏、坝基渗漏、绕坝渗漏、接触冲刷破坏、裂缝、散浸、流土、管涌等问题。

4、输、放水及泄洪建筑物老化、失修较为普遍。存在结构裂缝、失稳、破坏，消能防冲能力不足，基础淘刷严重等问题。

5、金属结构和机电设备老化、锈蚀、止水失效，正常运转困难，严重影响水库安全。6、管理设施、观测设备不完善。二、已垮水库垮坝模式分析。

水库垮坝事件的发生，除了与异常灾害天气、人为因素有关，主要还是自身病害引起的，通过分析就会发现垮坝与水库的病害密切相关。漫坝是最主要的一种垮坝模式，所占比例超过50.2%，坝体质量问题引起的垮坝事件占34.

8%，管理和其他形式引起的垮坝占15%。

1、漫顶导致垮坝。

很多因素可以导致漫顶，进而发展为垮坝，一座水库大坝的漫顶往往是多种原因共同作用的结果。

对于已垮坝的大量小型水库来说，集中暴雨、防洪标准低、上游水库垮坝、闸门故障、溢洪道泄流能力不足是垮坝事件中经常出现的最普遍的原因。

2、渗流破坏导致垮坝。

渗流破坏是土石坝中最常见的病险症状之一，有四种破坏形式，即管涌、流土、接触冲刷和接触流土，但是无论是什么原因引起的渗流破坏，导致水库垮坝，总是表现为集中渗流，发展成为管涌、流土，冲刷周边通道不断坍塌、扩大，管涌发展到一定程度，无法控制而最终垮坝。

、管涌。在具有一定的水力梯度的渗流作用下，土体中的细颗粒，在孔隙孔道中发生移动，并带出土体以外的现象，称为管涌，主要发生在砂砾石中。对于粘土之间存在粘结力，渗流不可能把个别颗粒带走，因此，不会产生管涌。

、流土。在具有一定的水力梯度的上升渗流作用下，局部土体表面隆起或者土颗粒同时起动而被水流失的现象称为流土。主要发生在坝下游渗流出口无反滤保护或反滤失效的情况下，流土既可以发生有非粘性土中，也可以发生在粘性土中，非粘性土流土变形，表现为泡泉群、砂沸等现象。

粘性土的流失变形则表现为土块隆起、膨胀、浮动、断裂等现象。

、接触冲刷。渗流沿着两种不同材料的接触面流动时，把层间的细颗粒带走的现象。如坝端溢洪道或坝内埋管的土和基岩或混凝土的接触冲刷。

、接触流土。渗流垂直于两种不同材料的接触面流动时，把其中一层的细颗粒移入另一层粗颗粒中的现象，如反滤层淤塞。

管涌的部位可以在坝体、坝基、坝体和岸坡结合部或者坝下埋管和坝体结合部。

另外一种是异常渗流导致坝体浸润线抬高，坝后大面积散浸，使得下游坝体稳定性下降而导致滑坡，引起坝顶高程不足，库水从坝顶漫顶而造成水库垮坝。

渗流破坏引起的垮坝和漫顶垮坝不同，不但在洪水期可以发生，在非洪水期也可以发生，即所谓的“晴天垮坝”。但是由于洪水期水位高，渗流坡降大，所以汛期发生集中渗流破坏的概率比晴天的概率大得多。

3、结构破坏。

结构破坏包括两大部分内容，一是坝体过度变形造成大坝裂缝，另一部分是大坝的整体稳定。

、大坝裂缝。

对于大坝裂缝而言，几乎所有的水库大坝都存在，关键是这些裂缝是否能会发展成重大隐患，造成水库大坝垮坝。

裂缝发展都有个过程，一旦裂缝发展到一定程度，就可能成为水库水坝垮坝隐患。如果裂缝是贯穿性的横向裂缝，就有可能发展成为集中渗流通道，导致大坝渗流冲刷破坏，可能造成水库垮坝。

如果是纵向裂缝，则有可能是坝体整体破坏的前兆，若裂缝两端向上游或下游方向发展，就有可能造成整体滑动；如果再遇到汛期雨水多，雨水进入裂缝，将可能加快滑动发生。

如果是水力劈裂的水平裂缝，属于深层内部裂缝，难于发现，危险性较大，即使没有发展成为贯穿性的，但已经使得渗径缩短，使坡降增大，较易发展成为集中渗流通道。

综上所述，大坝过大变形引起的裂缝，虽然是“多见病、常发病”，但是和渗流破坏或整体失稳相联系，应当引起充分重视。

、整体稳定破坏。

引起大坝整体稳定破坏而滑动的原因很多，大致可概括成溢洪道闸墩失稳、溢洪道被冲毁，库水快速下泄，大坝失稳、大坝在洪水荷载下失稳滑动、渗流管涌破坏继而发生坝体失稳。

4、溢洪道破坏。

溢洪道破坏是指溢洪道质量差，在泄洪过程中被冲毁或者由于溢洪道和坝体、坝基结合不好，接触冲刷而导致溢洪道冲毁。

5、坝下埋管。

由于历史的原因，我国坝下埋管的隐患特别严重。坝下埋管质量差，很多小型水库的坝下埋管是陶管；有的没有衬砌，埋管周围填土碾压不密实，和坝体结合部无截渗环等防渗措施，还有的改变功能，用做压力管道。

6、其他。除上述内容以外的原因，造成垮坝的其他因素主要包括管理、设计不当、库区塌方、水库淤积、原因不清等。

管理方面，部分小型水库无人管理、缺乏维护；有的盲目蓄水、擅自抬高汛限水位、抬高溢洪道底板调高程、在溢洪道上筑临时子堰挡水导致漫顶垮坝。有的无任何监测和巡视，盲目运用导致垮坝。

三、水库可能垮坝模式分析：

通过分析大坝在荷载作用下，各组成部分，挡水、输水、泄水建筑物及附属建筑物可能出现的破坏形式，是否可能发展成为垮坝事件。最终形成的垮坝途径：荷载——建筑物薄弱——病害部位破坏——垮坝。

水库大坝垮坝是在大坝内部的薄弱环节和外部荷载共同作用下发生的，可能发生方式很多。内部薄弱环节的破坏具有不确定性，外部荷载的作用也存在不确定性，不同的荷载组合作用下，内部薄弱环节破坏不同，会出现不同的垮坝模式。

经分析，可能垮坝模式有：

1、汛期洪水荷载引起的垮坝。可能的垮坝模式有四种，即：漫顶、渗流破坏、滑动（含倾覆）、溢洪道冲垮。

2、非汛期洪水荷载引起的垮坝。可能的垮坝模式有渗流破坏。

3、**引起的垮坝。可能的垮坝模式有渗流破坏、液化、漫顶、结构破坏（裂缝、滑动等）。

对于某一座水库来说大坝特性不同，内部薄弱环节不同，垮坝模式和破坏途径都会有所不同。

土石坝可能垮坝模式：

由于我国97%以上的水库大坝均为土石坝，因此重点对土石坝的垮坝模式和破坏途径进行研究，得到以下可能的水库垮坝途径和垮坝模式。

第一类：汛期由于无溢洪道、溢洪道泄量不足、坝顶高程不足、闸门故障等原因引起洪水漫顶，造成水库垮坝。

第二类：汛期由于溢洪道被冲毁或（上下游坡）滑坡引起水库垮坝。第三类：

汛期坝体、坝基或坝下埋管发生渗流破坏造成水库垮坝。第四类：非汛期坝体、坝基或坝下埋管发生渗透破坏造成水库垮坝。

第五类：由于**引起的水库大坝滑坡、坍塌、裂缝、渗漏等以致造成水库大坝垮坝。如果在水库大坝发生垮坝事故前就能够分析出垮坝的可能性，可能发生垮坝方式和垮坝途径，则对于水库大坝的安全将会起到决定性的作用，可以针对性地预防垮坝灾害的发生和减少垮坝带来的损失。

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