[转贴]：软基分期施工土坝沉陷和稳定的监测与分析（上）

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论述建在软基上的卡拉麦（Karameh）土坝的沉陷和稳定性分析。该坝位于马拉哈（mallaha）河上，该河紧邻约旦地堑东侧的约旦河。该工程土石填方1120万m3，土石开挖近600万m3，包括一座溢洪道及水库放空建筑物。该坝坝高45m，总库容0.55亿m3。建在软基上的坝在坝基土层中产生了剩余孔隙压力。为了达到必要的安全度以及为了监测/控制坝的沉降，对分期施工中所获得的地质、土工及监测数据进行了分析、评价和说明。在研究中运用了1－D、2－D、3－D固结理论的土力学模型、不排水沉陷、应力变化曲线以及标准化的土壤工程特性。用有效应力分析(ESA)法和总应力分析(TSA)法对坝体和坝基的稳定性进行了分析。

1.沉陷分析类型

泰沙基等人(1946年)认为土壤的沉陷有多种不同类型：初始状态的弹性沉陷;有或无塑性变 形的不排水沉陷；固结沉陷(1－D、2－D、3－D固结模型)；以及蠕变沉陷。粘性土基受载会产生剩余孔隙水压力，如果粘土渗透性低，则剩余孔隙水压力难以消失。在体积不变的条件下使粘土结构改变时，作用在其上的剪应力会使其产生不排水剪切变形。在中心线上施加垂直压力会产生侧向位移。随着时间的推移，剩余孔隙水压力消散，粘土固结，有效应力增大。然而，虽然土骨架的徐变会使体积进一步变化和增加沉陷（二次固结），但随着孔隙水压力 的消散，有效应力保持不变。这种二次压实被认为是由于孔隙比减小扰动了土的结构，粘土颗粒逐渐再调整成为更加稳定的结构所致。在分期施工中，每次增加荷载所产生的固结，与增载以前和以后所产生的固结无关。

２.分期施工中坝体稳定性估计

Ladd（1991）把估计土建筑物的稳定性分为三类：（1）不排水类（工期很短），采用总应力分析（TSA）；（2）排水类（工期长），采用有效应力分析（ESA）；（3）部分排水类（工期不长也不短），（1）、（2）两种分析方法结合使用，即不排水强度分析（USA）。

土坝上游坝坡在竣工时和水库水位快速下降时的稳定状况最为严峻。而土坝下游坝坡在竣 工时或满库稳定渗流时的稳定性最为严峻。土坝的施工期应长到足以剩余孔隙水压力消失。土坝稳定分析中采用预先的孔隙水压力和最小的安全系数（1.3）时，最好采用ＥＳＡ法。

３.施工期土坝孔隙水压力的变化

在土坝施工期间，坝基或坝体中孔隙水压力的变化取决于排水量、土的特性 以及土体在施工期间的固结情况。如果填土时没有出现明显的固结，坝体中产生的孔隙水压力可用拉姆比（1973年）提出的方法进行估计。

４.卡拉麦坝分期施工中估计稳定性的方法

卡拉麦坝分期施工中稳定性的估计按下列步骤进行：

（1）收集坝的数据

①地质资料和大坝主要横断面的几何数据。

②1986～1996年勘探得出的坝基的土工特性（阿太堡界限，应力－应变关系，抗剪强度， 固结和渗透性能）。

③坝体和坝基中孔隙水压力和沉陷的数据。

④施工各阶段的进度表和填筑高程随时间的变化表。

（2）估计内容

①采用1－D、3－D固结模型以及斯克姆顿法估计孔隙水压力。

②采用弹性位移理论和修正的弹性位移理论估计不排水沉陷。

③采用1－D固结模型、2-D和3－D固结模型（斯克姆顿、伯杰拉姆1957年）和压缩系数估计固结沉陷。

④分析野外和室内测得的数据，最适合的固结参数，以及这些参数和地质特性之间的相关 关系，例如侧向排水对土体沉陷的影响。?

⑤采用现场数据进行反分析，以便得出比室内的土壤特性数据更佳的现场土壤特性数据。?

⑥运用计算程序PCSTABL5M，采用EWSA和USA方法估计分期施工中坝的稳定性。?

（3）把第（2）步加荷条件下的观测值同预测值进行比较。?

（4）为了预测分期施工加荷条件下的性状，对现有的各种土力学方法（例如：1－D、2－ D、3－D固结模型，不排水沉陷，标准化的土壤工程特性，以及边坡稳定分析模型等）的适 用性进行评价。?

（5）为预测和估计与分期施工大坝性能有关的参数（例如：孔隙水压力、沉陷和边坡稳 定）要遵循的最适当步骤制定导则。

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