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前沿与伦理L4约 17 分钟阅读

提顿坝:右岸流纹岩里的管涌,没有把土石坝证伪

Teton Dam 1976 — The Fractured Rhyolite Abutment That Did Not Falsify Earthfill Dams

证据方法失效剖析提顿坝土石坝管涌

1976 年 6 月 5 日。美国爱达荷东部。提顿河(Teton River)切进雷克斯堡台地(Rexburg Bench)的峡谷。业主是美国垦务局(United States Bureau of Reclamation,USBR)。这座分区土石坝属于提顿盆地工程。坝体一九七五年十一月二十六日填到顶。水库从十月三日开始第一次蓄水。

当天库水位高程 5301.7 英尺,低于溢洪道槛 3.3 英尺,也低于设计最高水位约二十二英尺。水没有从坝顶漫过。河床出水口当时仍未完工。

遇难人数各口径略有出入。独立调查组把十四人写成与溃决直接或间接相关。常见写法约十一人。财产损失当时估在四亿美元到十亿美元之间。差来自登记与间接伤亡,不改变结构结论。下游雷克斯堡、休格城一带被淹。

对象不是瓦伊昂那种左岸滑进库里、拱坝站住。也不是圣弗朗西斯坝那种东岸古滑坡与西岸砾岩退出工作、弯曲重力坝本身在第一次满库时溃决。对象是一座已经填起来的土石坝,加上右岸破碎的火山岩坝肩,以及第一次蓄水时从右岸键槽一带走出来的管涌。

本页停在独立调查组与内政部内部审查组当时写下的两层证据:那天早上看见了什么;地质已经知道流纹岩有缝,却没有证明这些缝已经被写成闭合的防渗。

破除误解:不是漫顶,也不是土石坝这种型式被证伪

第一个误解,是把原因写成“库里水太多”,或写成一次漫顶。6 月 5 日库水位仍在溢洪道槛以下。水在做水库被造出来要做的事。独立调查组把失败写在右岸键槽深处的内部冲蚀上,而不是写成库容算错。把对象改成“水太多”,会把第一次蓄水这一荷载从证据里删掉,再塞进一句对水库本身的控诉。

第二个误解,是把它并进瓦伊昂。瓦伊昂当晚垮的是左岸。双曲薄拱坝把水推力传给两岸,涌浪从坝顶越过,坝体站住。提顿当天垮的是坝体本身。库水从右岸坝肩与填筑体的接触一带冲出去。两条链都发生在第一次蓄水附近,对象不同。一座站住,一座溃决。不要并成一句“大坝会杀人”。

第三个误解,是把它读成圣弗朗西斯的土石版。圣弗朗西斯缺的是把东岸片岩与西岸砾岩当成必须闭合的地质证据,坝肩退出工作,重力坝跟着溃决。提顿的坝体是填筑土,坝肩是晚第三纪流纹质熔结凝灰岩。调查写的是键槽里的心墙土被带走,颗粒从透水的坝肩岩石与坡积物里找到出口。两起都发生在第一次蓄水。一处写在混凝土重力坝的坝肩上,一处写在土石坝与火山岩接触上。坝型不同,退出工作的部位也不同。

第四个误解,是写成他们完全没有看见渗水,或写成“看见渗水就已经控制住了”。6 月 3 日,右岸下游约一千三百英尺与一千五百英尺处,岩石节理里冒出清水泉。6 月 4 日继续巡视。5 日清晨浑水已经从右岸坝脚接触带出来。把清水泉读成已知裂隙排水,把浑水读成还不必关闭的信号,是当天的读法。它没有把键槽里的通道写成已经闭合。

第五个误解,是把提顿写成“土石坝这种型式已经被证伪”,或写成填筑土软弱、施工队没有按图施工。独立调查组写明:除进度外,施工在所有重要方面符合当时的设计。被换成问题的,是设计有没有把右岸岩石条件与填进键槽的土的性质一起写成必须闭合的证据。把对象改成“土石坝不安全”,会把已经按图填起来的坝体从证据里删掉,再塞进一句对坝型的控诉。

装置:第一次蓄水、那天早上的浑水,和一份没有把缝写成闭合的地质

装置的第一件是这座坝在系统里的位置。它是垦务局的分区土石坝,心墙在中间。高度常见口径:高出原河床约三百零五英尺,高出基础最低点约四百零五英尺。坝顶长约三千一百英尺。本页不把它兑成剖面怎么画,也不讨论键槽该挖多深、灌浆该怎么配。要问的是:库水位被抬上去之后,右岸流纹岩加上填进去的土,还是不是一条已经闭合的防渗。

装置的第二件是右岸。峡谷壁是晚第三纪流纹质熔结凝灰岩,调查把它归入黄石群哈克尔伯里岭段一类,放射测年大约两百万年。节理把这块本来致密的火山岩连成可以过水的网。现场压水试验写过:许多区段相对不透水,但单条裂缝可以过很大的水量。灌浆帷幕做了。键槽切入岩石。独立调查组后来说,开口仍存在于没有被充分封闭的岩石节理里,也可能在键槽心墙土的裂缝里发展出来。地质填图证明的是岩石破碎、可以过水。它没有证明这些路径在第一次蓄水时已经被关掉。

装置的第三件是 6 月 3 日到 5 日看见的东西。3 日的泉是清水,位置在坝下游的右岸岩石里。4 日黄昏,项目施工工程师罗伯特·罗比森(Robert R. Robison)仍在看坝的上下游。调查组后来写:若从 4 日约二十一点巡视之后才开始在表面显形,溃决前这些表面迹象存在不超过十五小时。5 日七点刚过,浑水以大约二十到三十立方英尺每秒从右岸高程约 5045 英尺的坡积物里出来;高程约 5200 英尺的接触带还有一股浑浊细流。两处都在填筑体与坝肩的交界,习称坝腋。随后三小时,流量明显加大。

约十点半,坝坡上出现大约十五立方英尺每秒的大漏,现场听到一声闷响。罗比森报告填筑体里看见约六英尺直径的通道。推土机被派去填那个坑。库面右岸附近出现漩涡。十点四十三分,项目办公室通知麦迪逊县与弗里蒙特县警长准备撤离。十一时五十五分坝顶塌进水里。十一时五十七分坝体被撕开。从看见浑水到溃决,大约五小时。调查组同时写:通道在 5 日早晨被看见以前,已经在心墙土里走了一段。

装置的第四件是两份一九七六年到一九七七年的调查文本。内政部长托马斯·克莱普与爱达荷州长塞西尔·安德勒斯联合设立独立调查组,华莱士·查德威克任主席,成员包括阿瑟·卡萨格兰德、拉尔夫·佩克、H. 博尔顿·锡德等。报告于一九七六年十二月三十一日提交。垦务局内部另有内部审查组,一九七七年提出审查报告。两份文本都把失败写在内部冲蚀上。独立调查组六条结论里,最硬的几句是:失败始于右岸基础键槽深处心墙土的管涌;被带走的土粒从坝与透水坝肩岩石、坡积物的界面找到出口,出现在右岸坝腋;出口路径被库水冲走,现场收不回完整标本;开口存在于没有被充分封闭的岩石节理,也可能在键槽心墙的裂缝里;一旦开始,管涌迅速穿过坝体主体,很快导致完全溃决;设计没有充分计入地基条件与填进键槽的土的性质;施工除进度外符合设计。

失效分析在这里的取样策略是:先用库水位低于溢洪道槛排除漫顶,再用当天照片与目击者把出口钉在右岸坝腋,再把残存右岸键槽挖开,把节理填图与心墙土试样对上。它没有停在某一种填筑料的品牌。当年没有被写成唯一闭合答案的,是“究竟先走未封节理,还是先走键槽土里的裂缝”。缺的那一项被冲走了。两份调查把它写成二选一仍可能,而不是写成已经拿到的完整管子。

它证明了什么,没有证明什么

它证明:一座分区土石坝可以在第一次蓄水、库水位仍低于溢洪道槛时,因右岸键槽一带的管涌而溃决。它证明 6 月 3 日已经看见清水泉,5 日清晨已经看见浑水,视察仍可以把信号读成还在观察的渗漏。它证明独立调查组能够排除漫顶,并把对象约束到右岸键槽与坝肩接触,却还是不能把起始通道作为完整标本交出来。它没有证明土石坝作为类型已经被证伪。施工符合设计、河床出水口未完工被单独写成进度问题、后来的土石坝继续被建造,都挡住这句更省事的口号。被换掉的不是“土石坝”这个词,而是把破碎火山岩坝肩与键槽填土当成已经闭合防渗的那张合格证。

它没有证明现场工程师人坏,或证明“第一次蓄水时派人巡视”这种办法本身不合法。罗比森在场。清水泉被记下。浑水被看见。推土机被派出去。下游警告被认为及时。读法仍把 3 日的清水当成岩石里见过的那一类排水,把 5 日上午的加大当成还可以填的坑。人在现场。出口已经被冲成通道。远程签字在魁北克走丢停工令。这里走丢的是把浑水当成键槽正在被掏空的证据。

它也没有证明一九七六年的地质已经把右岸节理网在第一次蓄水时的全部路径画死。压水试验写过单条裂缝可以过水。灌浆帷幕存在。键槽存在。调查组自己把缺陷写在设计对地基与填土性质的计入上,等于承认当时对“这些缝是否已被关掉”的判断不足。知识不足的正确反应,是把坝肩渗流是否闭合写成可关闭的程序,而不是宣布土石这种筑坝方式从此非法。数字与许可属于持照人员与主管当局。本页只标明:调查已经证明必须问右岸还是不是闭合的岩体—填土系统,而不是只问库水位是不是还在溢洪道以下。

量水堰计划了,溃决时还没建成。下游表面测点没有布上。坝肩内部渗流没有专门仪器。高可靠的库水位读数,能证明水库把水送到了 5301.7 英尺。它不能代替那一处流纹岩在浸水之后还是不是防渗。

深一层:测右岸还在不在挡水,而不是测库水位是不是还低于溢洪道

指令与状态在魁北克是尺。在圣弗朗西斯是渗水是否带泥。在瓦伊昂是左岸每天走几厘米。在提顿是右岸出来的水清还是浑、流量是否还只是泉。6 月 3 日的巡视是指令。11 时 57 分的溃口是状态。指令若只问“库水位是否仍在溢洪道以下、坝坡看起来是否完好”,现场的状态已经走过右岸键槽。高可靠的第一次蓄水,能证明垦务局把水送到了设计要它承受的高程。它不能代替那一处火山岩坝肩在过水之后还是不是可以停在原位的防渗。表不对齐的地方,由雷克斯堡补课。

伦理边界必须写清。复盘可以说明管涌如何在独立调查组报告、内部审查组报告、当天照片与后来的键槽开挖里被重建。不得提供如何布置键槽、如何配制灌浆、如何按节理几何去复现失稳、如何攻击一座坝。具体水库的勘察、第一次蓄水、监测与退役属于持照人员与主管当局。

工程伦理在这里不是一句“应当更小心”。垦务局同时是设计者与业主。独立调查组是溃决之后才被请来的。测量发生了。巡视也发生了。缺的是把“右岸节理是否已被关掉、键槽填土是否仍在原位”写成可按掉的放行条件。花旗中心把已经发现的接头弱点写成夜间加固,倒塌没有发生。提顿把浑水留在还在观察的叙事里,用约十一到十四人死亡与大片农田损失,换来后来对土石坝坝肩渗流闭合的调查传统。两起对象不同。共同的一层是:已经在场的异常必须在继续抬水位之前写成可关闭的证据,而不是等溃口来补课。

测量清单因此有两层。1976 年能测的,是库水位、渗水清还是浑、残骸是否像漫顶、施工是否按图。当时没有被当成放行条件的,是右岸节理是否仍过水、键槽里是否已经形成看不见的管子。缺的那一项一旦写成后来的调查结论,同类序列的可发现性上升。未闭合的火山岩坝肩会在一次看似正常的第一次蓄水里被放大成河谷清空。放大路径一旦被调查写清,就应当被监督程序改掉。

要记住的是调查组已经写下、出口却被冲走的那一句:失败写在右岸键槽与坝肩接触上。填筑按图完成,挡不住未闭合的节理与可被带走的心墙土。库水第一次被抬到 5301.7 英尺,不是罪证,是这座坝被要求承受的荷载。荷载到来时,右岸不是已经关掉的岩体。浑水没有问溢洪道。问的是键槽里的土还在不在。

跨域连接

  • 工程伦理:总览把职业印章写成覆盖当前构型的安全,并把“谁有权说不”写成真正难的那一问。本页把那句话收成一九七六年的装置:清水泉在记,浑水在加大,节理是否已被关掉没有被写成可按掉的放行条件。对读时比较否决权放在业主内部还是独立审查,不要把本页写成守则条目的注脚。
  • 水电与大坝:水电总览已经把板桥、瓦伊昂、圣弗朗西斯写成必须分开的链。本页只把土石坝这一条兑成装置:对象是第一次蓄水时的填筑体与火山岩坝肩,不是设计洪水被超过的土石坝群,也不是站住的拱坝。对读时看“库水位仍低于溢洪道”究竟是结构结论还是被误写成系统安全,不要把提顿并进水电清洁账本里的一句风险附录。
  • 失效分析:失效分析把灾难写成链条。本页的链条是未闭合的坝肩节理证据、把清水泉读成已知排水的巡视、尚未建成的量水堰,以及一座按图填起来、在键槽深处被掏空的土石坝。调查没有停在“某一种土不好”。它的取样策略是:先用低于溢洪道的库水位排除漫顶,再用右岸坝腋的浑水与残存键槽约束对象。
  • 瓦伊昂:两起都发生在蓄水过程里。瓦伊昂写在库岸上,拱坝留在原位;提顿写在坝体与右岸接触上,土石坝跟着走。对读时比较哪一处岩体被当成已经安全,不要并成一句“第一次蓄水都会垮坝”。
  • 圣弗朗西斯坝:两起都是第一次接近设计水位时的失败,调查都排除了漫顶。圣弗朗西斯的坝体是混凝土,退出工作的是坝肩岩体;提顿的坝体是填土,退出工作的是键槽里的心墙土加上破碎流纹岩里的通道。对读时比较哪一张合格证被当成已经闭合:立方体,对按图填筑。
  • 魁北克桥:两起都把已经在场的异常读成还不必停下的故事。魁北克缺的是把下弦弯曲当成数据;提顿缺的是把浑水当成必须关闭蓄水的证据。对读时比较哪一种已经看见的水或已经量过的尺被当成噪声,不要并成“工程师不在乎”。

参考文献

  1. Independent Panel to Review Cause of Teton Dam Failure. Report to U.S. Department of the Interior and State of Idaho on Failure of Teton Dam. Idaho Falls, ID: The Panel; Washington, DC: U.S. Government Printing Office, December 1976.
  2. U.S. Department of the Interior, Teton Dam Failure Review Group. Failure of Teton Dam: A Report of Findings. Washington, DC: U.S. Department of the Interior, 1977.
  3. Seed, H. Bolton, and James M. Duncan. "The Failure of Teton Dam." Engineering Geology 24, no. 1–4 (1987): 173–205. https://doi.org/10.1016/0013-7952(87)90060-3
  4. Sherard, James L. "Lessons from the Teton Dam Failure." Engineering Geology 24, no. 1–4 (1987): 239–256. https://doi.org/10.1016/0013-7952(87)90064-0
  5. Penman, A. D. M. "Teton Investigation — A Review of Existing Findings." Engineering Geology 24, no. 1–4 (1987): 221–237. https://doi.org/10.1016/0013-7952(87)90063-9

延伸阅读

  • 与 工程伦理 对读:把“谁有权按掉蓄水”放回一九七六年已经看见的浑水,而不是守则句子。
  • 与 水电与大坝 对读:第一次蓄水是设计荷载,为何仍不能写成系统已经闭合。
  • 与 失效分析 对读:低于溢洪道的库水位如何排除漫顶,残存键槽如何约束对象。
  • 与 瓦伊昂 对读:库岸进库而坝站住,对坝体自己被管涌撕开。
  • 与 圣弗朗西斯坝 对读:第一次蓄水、坝肩岩体,对键槽填土与流纹岩节理。
  • 与 魁北克桥 对读:已经在场的异常,如何仍被读成观察还没做完。