日本藤沼大坝失事专家组报告

2012-04-14唐湘茜

水利水电快报 2012年12期

2011年3月11日，日本东北部发生里氏9级地震，坝高18.5 m，坝顶长133.2 m的藤沼(Fujinuma)大坝在地震中发生溃决。大坝溃决后引发的洪水冲毁了下游房屋，造成4人死亡，8人失踪。同时，福岛县内约有其他750座的堤坝也遭到不同程度的破坏。

藤沼大坝初建于1937～1949年，主要用于灌溉。1979～1984年曾对该坝溢洪道和表面防护进行了修缮、灌浆防渗，并对取水建筑物进行了加固处理。

大坝溃决后，福岛县立即组建专家组，对辖区内的大坝和小型灌溉水库的抗震稳定性进行了评估，并对藤沼大坝失事的确切原因进行了分析。2011年8月4～5日，专家组成员首次会商，之后定期进行开会讨论，一直到2012年1月25日得出重要结论。

1 震后调查

根据专家组报告，对震后藤沼大坝的主坝及副坝产生的残骸进行追踪分析，有以下几项重要发现:①大坝上部、中下部结构大部分被冲走;②岸坡上部的护坡浆砌石滚入水库中，随后大坝中心和右坝肩之间的表面防护也被冲入到水库中;③通过发生位移的主要陡坡、滑动体的分布情况，可以确定其向水库及下游方向滑动;④在副坝中，主要滑动面宽55 m、长25 m、埋深大于3 m。其前缘曾发生过次级滑动。

2 稳定性评估

专家组针对藤沼大坝稳定性进行了现场调查，并基于目前的设计标准进行了稳定性评估。包括岩芯钻探在内的现场调查表明，大坝由3个区域组成。上部区域由含砂较多的材料建造而成，未经充分压实。下部两个区域建在厚度为20～30 cm的滑动层上。由此可以断定，除大坝上部区域是在战后较为恶劣的施工环境下建设的，其余部分均是按照当时的常规施工方法和先进工艺建造的。随后几年，在大坝加固工程中对上部区域进行了有效地防渗，效果良好。此外，还对大坝实行定期检查，并未发现异常。根据标准化稳定性分析得出，大坝安全系数为1.15，比地震力作用在上游方向时需要的安全系数标准值(1.2)更低。

综上所述，专家组最后得出结论，即根据2011年震前的情况，无需对大坝采取特别措施。

3 破坏机理

总结了大坝破坏机理后，报告指出，滑动发生大致可分为7个阶段。最早两次上游滑动引发了漫顶和冲蚀，最终导致溃坝。

第一次滑动发生在大坝上部，这可从水工建筑物的残骸以及被冲走的滑动面材料看出。运用纽马克地震变形分析法，也可得出因周期荷载造成的强度折减，表明了滑动的存在。

4 失事原因

据专家组报告称，藤沼大坝失事主要归因于土石坝上部结构的材料性质，而地震强度大、持续时间长则是诱因。

基于地震反应谱分析，坝顶地震峰值加速度为442 cm/s2，运动时间超过50 cm/s2，且持续了100 s，而大坝从未经历过这种强度的冲击。该坝体材料的压实标准已降至现代施工管理可以接受的标准，特别是大坝上部含砂较多的饱和材料，压实标准更低。因此，在遭受日本东北部等强烈地震时，会造成强度损失。在副坝发生滑动的情况下，滑动面被限制在不同施工阶段的边界处。在主坝内，不同施工阶段的压实度有所差异，可能对整体滑动产生一定影响。