日本藤沼大壩失事專家組報告

2011年3月11日，日本東北部發生里氏9級地震，壩高18.5 m，壩頂長133.2 m的藤沼(Fujinuma)大壩在地震中發生潰決。大壩潰決后引發的洪水沖毀了下游房屋，造成4人死亡，8人失蹤。同時，福島縣內約有其他750座的堤壩也遭到不同程度的破壞。

藤沼大壩初建于1937～1949年，主要用于灌溉。1979～1984年曾對該壩溢洪道和表面防護進行了修繕、灌漿防滲，并對取水建筑物進行了加固處理。

大壩潰決后，福島縣立即組建專家組，對轄區內的大壩和小型灌溉水庫的抗震穩定性進行了評估，并對藤沼大壩失事的確切原因進行了分析。2011年8月4～5日，專家組成員首次會商，之后定期進行開會討論，一直到2012年1月25日得出重要結論。

1 震后調查

根據專家組報告，對震后藤沼大壩的主壩及副壩產生的殘骸進行追蹤分析，有以下幾項重要發現:①大壩上部、中下部結構大部分被沖走;②岸坡上部的護坡漿砌石滾入水庫中，隨后大壩中心和右壩肩之間的表面防護也被沖入到水庫中;③通過發生位移的主要陡坡、滑動體的分布情況，可以確定其向水庫及下游方向滑動;④在副壩中，主要滑動面寬55 m、長25 m、埋深大于3 m。其前緣曾發生過次級滑動。

2 穩定性評估

專家組針對藤沼大壩穩定性進行了現場調查，并基于目前的設計標準進行了穩定性評估。包括巖芯鉆探在內的現場調查表明，大壩由3個區域組成。上部區域由含砂較多的材料建造而成，未經充分壓實。下部兩個區域建在厚度為20～30 cm的滑動層上。由此可以斷定，除大壩上部區域是在戰后較為惡劣的施工環境下建設的，其余部分均是按照當時的常規施工方法和先進工藝建造的。隨后幾年，在大壩加固工程中對上部區域進行了有效地防滲，效果良好。此外，還對大壩實行定期檢查，并未發現異常。根據標準化穩定性分析得出，大壩安全系數為1.15，比地震力作用在上游方向時需要的安全系數標準值(1.2)更低。

綜上所述，專家組最后得出結論，即根據2011年震前的情況，無需對大壩采取特別措施。

3 破壞機理

總結了大壩破壞機理后，報告指出，滑動發生大致可分為7個階段。最早兩次上游滑動引發了漫頂和沖蝕，最終導致潰壩。

第一次滑動發生在大壩上部，這可從水工建筑物的殘骸以及被沖走的滑動面材料看出。運用紐馬克地震變形分析法，也可得出因周期荷載造成的強度折減，表明了滑動的存在。

4 失事原因

據專家組報告稱，藤沼大壩失事主要歸因于土石壩上部結構的材料性質，而地震強度大、持續時間長則是誘因。

基于地震反應譜分析，壩頂地震峰值加速度為442 cm/s2，運動時間超過50 cm/s2，且持續了100 s，而大壩從未經歷過這種強度的沖擊。該壩體材料的壓實標準已降至現代施工管理可以接受的標準，特別是大壩上部含砂較多的飽和材料，壓實標準更低。因此，在遭受日本東北部等強烈地震時，會造成強度損失。在副壩發生滑動的情況下，滑動面被限制在不同施工階段的邊界處。在主壩內，不同施工階段的壓實度有所差異，可能對整體滑動產生一定影響。

5 結語

專家組針對大壩巖土性質、殘骸以及最初施工和后期補救工程進行嚴格調查研究后，最終就失事過程得出重要結論。

專家組推斷，對于年代較久的土石壩和小型灌溉水庫而言，即使按當時最先進的方法進行建造，且未在定期審查中發現異常，也會在遭遇日本東北部這樣的強烈地震時，存在潰壩的可能性，這是由施工材料和壓實度決定的。