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摘要：分析了国内外重大地震对混凝土坝造成的损害，结果表明与房屋、桥梁、道路等相比，混凝土坝具有更强的抗地震能力。首次从理论上阐明了混凝土坝所以具有较强的抗地震能力是由于平时即以水平荷载为主且安全系数较高。在我国继续兴建水坝，既是必要的，也是安全的，就混凝土坝抗震设计与抗震措施提出了一些建议。

 

关键词：混凝土坝；地震；安全性

 

1 引言

 

2008 年5 月12 日四川汶川特大地震对人民生命财产造成了重大损失，此次地震中，有一千多座水坝受到一定损害，绝大部分是小型土石坝，损害主要是坝坡局部坍落、坝体裂缝等，未发生垮坝事故；但万一垮坝，大量库水下泄，灾害将异常巨大；因此，汶川地震后，人们对强震区内修建高坝大库的安全性特别关切是十分自然的。我国100m 以上的高坝绝大部分是混凝土坝，近期在建或即将兴建的许多200m 以上的高坝也多是混凝土坝，并且大多处于强烈地震区，本文着重讨论混凝土坝的抗地震问题。

 

首先分析国内外混凝土坝实际遭受的地震损害，每次强烈地震后，都有不少房屋、桥梁严重受损，甚至倒塌，但除了1999 年台湾921 大地震中石冈重力坝由于活断层穿过坝体而有三个坝段破坏外，至今还没有一座混凝土坝因地震而垮掉，许多混凝土坝遭受烈度8、9 度强烈地震后，损害轻微，可以说在各种土木水利工程中，混凝土坝是抗地震能力最强的。

 

我们首次从理论上阐明了混凝土坝之所以具有较强的抗地震能力是由于它在平时即以水平荷载为主且有较大安全系数，我国水资源十分短缺，而且时空分布极不均衡，国民经济的持续发展和人民生活水平的提高都离不开水利水电工程的建设，在我国继续兴建水坝，既是必要的又是可行的，当然，在强震区筑坝，应特别重视坝的安全，首先要尽量远离活动断层，要重视地基的稳定性和工程设计施工的质量，并采取必要的抗震措施。

 

2 国内外混凝土坝震害

 

2.1 1999 年台湾921 地震中的几座混凝土坝[1]

 

1999 年9 月21 日在我国台湾省南投县发生了一次7.3 级地震，震源深度8km，地震是由于车笼埔断层的破裂而引起的，破裂总长度105km，震中最大地面加速度1.01g。地震造成2295 人死亡，房屋全倒20815 户，半倒17978 户，多栋12层以上的大楼拦腰折倒。多处大规模山崩阻塞河道造成堰塞湖。山崩及桥梁损坏致600 多处公路交通中断。由于土壤液化引发地面喷砂、地层下陷、结构倾斜。地震区内有多座水坝，石冈重力坝因活断层通过坝体而有三个坝段被毁，其他水坝损害轻微。

 

（1）石冈重力坝

 

石冈混凝土重力坝，坝高 21.4m，长352m，坝顶装有宽12.8m、高8.0m 弧形闸门共18 道，见图1。

地震前车笼埔断层在石冈坝下游 3km 处通过，921 地震发生时，在坝址上下游附近新产生了8 条次断层，引起地层破裂，其中一条次断层恰好通过石冈坝的右侧坝轴线，左侧断层上盘上升了约9.8m，下盘上升只有2.2m，使坝体两侧产生约7.6m 的垂直错动，活断层通过处，三个坝段被毁，断层两边坝顶高程相差7.6m。地震时附近地震台实测最大加速度，东西向0.581g，南北向0.418g，垂直向0.489g，这是到目前为止全世界惟一的被地震完全摧毁的混凝土坝。除坝体外，在坝址上游400m 及1500m 处，河床也分别隆起了约6m 及3.5m，并在河床中形成了瀑布的奇观。

 

该坝共 20 余坝段，除了活断层穿过处三个坝段被毁外，其余坝段虽然紧靠活断层，经受了强烈震动，并未损坏。震后在上游修筑围堰挡住三个被毁坝段，工程继续运用。表明了混凝土坝的巨大抗地震能力。

 

（2）雾社重力坝

 

雾社坝高 114m，长213m，设计最高水位为1005.0m，921 地震时水位为999.24m，。在坝顶高程1005.85m 处及坝底部廊道高程915.88m，设有地震仪，测得最大水平加速度分别为1.018g 及0.282g（无铅直方向地震仪）。地震之后，坝体本身并无重大的损伤，只有一些轻微损害。

 

（3）谷关拱坝

 

谷关混凝土拱坝，坝高85.1m，坝项长度149m，地震后下游坝面一条原有裂缝扩展成长约25m 的斜裂缝，最大宽度1-2mm，另外还有一些较短的斜裂缝，最大水平加速度约0.4g，震后放空水库，对裂缝进行了修补。

 

（4）德基拱坝

 

德基双曲薄拱坝，坝高 181m，坝顶长290m，坝顶拱冠厚度4.5m，坝底拱冠厚度20m，坝顶高程1411m，正常满水位1408m，正常运转低水位1361m，921地震发生时水位1394.6m。地震后大坝总体状态良好，惟一的异常是坝基渗水量明显增加，渗出的水是清水，1 个月后渗水量即逐渐减小。地震前后，坝内垂线仪测得的坝体位移无异常现象，距坝址2km 的一个强震台的实测记录，最大地面加速度为东西向0.53g，南北向0.52g，竖直向0.23g，但强震台位于高山上，高程为1510m，比德基坝基岩高程1230m 高出280m，有一定放大作用，估计德基坝基底实际最大水平加速度约为0.4~0.5g。

 

2.2 帕柯