５.具体分析

　　卡拉麦坝是约旦的一座主要大坝。主要用于拦蓄阿布杜拉运河冬季多余的水量，以便灌溉地堑南部地区。

5.1地质条件

　　卡拉麦坝坝基和库盆的大部分为Lisan地层，其余部分为Samra地层。坝区的地层次序为：

（1）第四纪全新统；

（2）第四纪更新统Lisan地层；

（3）第纪Samra地层；

（4）第三纪未分异地层 湖积砾岩和泥灰岩；

（5）第三纪／晚白垩纪

（6）早白垩纪 砂岩、多色砂岩和页岩。

（7）侏罗纪后zarqa期：夹石灰岩和页岩的层状砂岩。

（8）三叠纪前zarqa期：砂岩、石灰岩、页岩以及硫酸钙；各种时代：火山岩和高原玄武岩。5.2设计与施工

　　建坝材料，心墙采用粘土。坝壳采用取自水库北端samra地层的砂砾石，一 些部分采用lisan地层的泥灰岩。反滤层和过渡带采用河滩上的砂砾石。河床砾石经过筛分用来作排水的材料 ，也用来作乱石护坡。

5.３坝基和筑坝材料的土工特性

　　估计大坝在施工期内的稳定性需对下列数据进行鉴定：

（1）坝基和坝体内测压计测得的孔隙水压力。

（2）坝基和心墙的沉陷。将监测数据与用土力学模型预测的数据进行比较。采用带控制 性的样本来确定监测数据的精度和校正预测模型。根据这些综合结果，在施工中对坝坡的稳 定性进行了计算。

5.4预测沉陷值与监测沉陷值的比较

　　坝基的坝体沉陷的监测值与预测各种沉陷的土力学模型的预测值进行了比较。经数据校正后的模型将用来预测大坝整修使用期内的沉陷。

　　分析预测固结沉陷时采用了两种方案。第一种方案，坝基受力土层的总深度取加载区宽度的一半（B／2）；第二种方案，坝基受力土层的总浓度取加载区宽度的1／4。第一种方案预测的坝基固结沉陷值比第二种方案的预测值大。压缩系数法预测的固结沉陷值最大，2D和3D固结理论预测的固结沉陷值最小，当坝基受力土层的总深度取为B／4时，把荷载增加到它的最后值所需要的时间同固结所需要的时间相同，所以沉陷几乎是瞬时发生的。

　　每一荷载增量所产生的固结沉陷与以前的和以后的荷载增量所产生的固结沉陷无关。这样 ，过渡期内的固结率可用叠加法计算，而瞬时沉陷可以同固结沉陷区分开来。坝基受力深度 为B／2时，压缩系数法得出较好的预测结果。正如所预计的一样，在零偏移处（中心处）的 固结沉陷大于边缘处的固结沉陷。有效原理在模拟固结性状方面也是成功的。

　　随着坝体填筑高度的增加，预测的最终总沉陷值比实测值越来越大。表１示出依据沉陷和 孔隙水压力的数据，为研究侧面排水对沉陷影响时确定最合适的固结参数值所进行的反分析的结果。

　　从三个施工阶段固结沉陷的监测值和预测值与坝基深度的关系曲线可以看出，固结沉陷 随坝基深度的加大而减小，固结沉陷的预测值比监测值小，但压缩系数法的预测值最接近于监测值 。从三个施工阶段固结沉陷监测值和预测值与有效应力的关系曲线可以看出，固结沉陷随有效应力的增加而增加，而且，压缩系数法是预测实际性状最合适的方法。

6分期施工的稳定分析

6.1一般资料

　　因为卡拉麦坝坝基为夹有砂透镜体的饱和软性地基，故坝体采取分期施工。 建坝会在坝基土层中产生剩余孔隙水压力，所以最危险的稳定情况出现在施工期。然而，每次加高坝体后，坝基受力土层逐渐去水压固，提高了土层的抗剪切破坏的安全系数。分期施工就是坝体填筑连续进行但控制坝体升高的速率，或者分两期或更多期施工，或者两者结合。分期施工工程的设计，既要确定粘性土壤的初始强度，又要确定固结增加强度的速率。采用现场的测试数据，用极限平衡稳定分析法，得出定量的安全度量。根据孔隙水压力的监测数据，可用有效应力分析法检查施工中的稳定性，根据土壤原状试样十字板剪力试验的结果，可用总应力分析法检查稳定性。为了进行稳定性分析，在室内进行了大量的三轴试验和固结试验，得出了土壤的先期固结压力曲线和测量了不排水抗剪强度随固结的进行而增大的情况。用Ladd和Foot（1974）的性能标准化方法确定了不排水抗剪强度的增量。采用三轴固结不排水试验测定了正常固结强度S和指数参数m的数值。修正坝基超固结比（OCR）时考虑了初始超固结比和加载引起的孔隙水压力的实测值。

6.2稳定分析

　　用确定性方法分析了坝体和坝基的稳定性。用二维极限平衡PCSTABL5M程序 计算了坝坡失稳的安全系数。该程序既可用于有效应力分析方法也可用于不排水强度分析法。该程序可用Bishop（1995）的圆弧滑动面简化分条法、Janbu（1959）的一般形状滑动面简化分条法或S pencer的圆形的或一般形状的滑动面的分条法计算坝坡失稳的安全系数。

6.2.1有效应力分析法

　　在各施工阶段，对三个断面（桩号为800，1480，1580）运用PCSTABL5M程序作了分析。采用有效应力分析法时，使用的数据为排水固结的特性指标，有效抗剪强度为表2数据。心墙的初始孔隙水压力参数取为0.70。图1示出用不排水强度分析法和有效应力分析法得出的危险滑动面。图2为相应于图1中的危险面的安全系数与坝体填筑高度的关系。计算的安全系数随填筑高度的增加而减小。采用有效应力法和现场测得的孔隙水压力值算得安全系数的上限，采用有效应力法和坝基孔隙水压力参数0.9得出安全系数的下限。下限似乎是合理的。这些计算结果表明，在施工中，控制坝体填高的速率，坝体应该是稳定的。

　　不排水强度分析法根据坝体土料和坝基土壤不排水抗剪强度的上下限计算安全系数。图2为危险滑动面的安全系数与坝体填筑高度的关系。安全系数是根据加载引起的孔隙水压力的监测数据得出的。图3为采用不排水强度分析法和有效分析法得出的最后填筑阶段不同坝断面危险滑动面的安全系数。

　　安全系数的计算值随填筑高度和施工时间的增加而减小。尽管不排水强度 分析法根据不排水抗剪强度的上限得出最大的安全系数，但总的来说，可以认为该法根据荷载引起的孔隙水压力的监测值得出的安全系数是合理的。该法算出的安全系数小于用有效应力法的计算值。这些计算结果再次表明，若控制坝体填高的速率，坝不仅在施工中是稳定的，而且在施工的最后阶段也是稳定的。从图3可以看出，随着填筑高度的增加，桩号1480断面最危险。

　　计算坝坡竣工时的稳定安全系数也考虑了土层的承载能力，计算公式为qu lt/q，式中q为 施加的应力，qult为极限承载能力，qult＝5.14Su，不排水抗剪强度Su之值采用标准化不排 水抗剪强度计算式计算和三轴试验的结果，用前者得出的安全系数则大于用程序PCSTABL5M 得出的。

６.２.２ 讨论

　　土坝采用分期施工，土壤中的孔隙水会大量排走，若不考虑固结作用，估计的孔隙水压力可能偏高。在分期施工中，如果在相邻两期之间，孔隙水压力可以消散，则土体的体积会减小，土体的有效压力会增大。 这就增加了土体的刚度（即压缩系数减小），以致以后填土时，所产生的孔隙水压力比前期孔隙 水压力没有消散的要低。在填筑过程中，局部饱和土壤的固结速率较高，当孔隙水压力局部 消散以后，固结速率则比较低。

　　在卡拉麦坝的施工中，最重要的监测结果是：

１.在坝体中部再填土时会使测压管的水位升高。

２.坝基沉陷呈典型的碟形状，沿坝轴线沉陷最大。桩号１４８０断面轴线处的沉陷为１.４ｍ，向上游距坝轴轴线６０ｍ处为１．２ｍ， 距坝轴线１６８ｍ处为０．４ｍ。桩号１８５０断面沉陷趋势却相反，向上游距坝轴线１３０ｍ处的沉陷为１．７ｍ，距坝轴线４０ｍ处为０．３ｍ。对此现象，最似乎合理的解释是 ：桩号１８５０处大坝位于泥岩层上，显然这种岩层对固结比较敏感。

　　桩号１４８０断面抗失稳的安全系数最低。埋设在心墙下面、１∶３坝坡的下方以及在连接平台以外的所有测 压计都表明，这些部位的孔隙水压力增大的速率随着时间的推移而显著减小。在坝体填高速 率与孔隙水压力消散速率之间存在一种相关关系。

７结论

　　对建在软基上采用分期施工的卡拉麦坝的监测数据进行了详细的土工分析。为了充分强化土层以便能安全地支承大坝，决定控制坝体填筑升高的速率。所获得的地质和土工资料包括：坝址的工程地质评价，现场和室内的测试结果（固结，抗剪强度，孔隙水压力变化过程）。在施工中，对坝体及坝基的沉陷和孔隙水压力进行了监测。

　　采用有效应力分析法和总应力分析法对坝体和坝基的总体稳定性进行了分析。将监测值与采 用土力学预测模型的预测值进行了比较。对三个主要断面作了下列分析：

（１）确认了分期施工中监测系统测得的孔隙水压力和沉陷的数据。

（２）大坝施工至坝顶。通过监测， 追踪了大坝的变形，并改进了沉陷的预测。

（３）预测应根据经验和对有关机制的了解来进行。在处理工程问题时，对实际性状的了解比计算更重要。

（４）孔隙水压力的预测值同监测值颇为一致。

（５）孔隙水压力的实测响应曲线表明，土层的先期固结压力小于填筑坝体引起的孔隙水压力。

（６）沉陷的预测值小于实测值。压缩系数法给出心墙和坝基沉陷较准确的预测值。采用有效应力和受力总深度为加载区宽度的一半预测的沉陷值接近实测值。分析表明，主要的沉陷由固结产生。

（７）最危险的断面位于桩号１４８０处。为了在施工中对设计作适当的修改，监测坝体和坝基的实际性状是十分重要的。埋设在心墙下面、上游１∶３坝坡下方和连接平台以外的测压计都表明，这些部位的孔隙水压力增大的速率随着时间的推移而显著减小。坝体填筑升高的速率同孔隙水压力消散速率两者颇为平衡，坝体填筑升高过程中没有遇到不稳定问题。其他被分析的横断面（桩号１８５０，１２１０ 以及８００）其稳定性也是令人满意的。

（８）采用不排水强度分析法得出的坝坡稳定安全系数比采用有效应力分析法得出的小。由于荷载引起的孔隙水压力较低，坝体和坝基在施工中能保持稳定。用有效应力分析法和用不排水强度分析法得出坝坡稳定最小的安全系数分别为１.３１和１.２２。

（９）在桩号１４８０处预测的最大最终沉陷值（初始坝基沉 陷和填筑固结沉陷）为６．８２ｍ。

（１０）在坝的高度较大的坝基部位观测到大沉陷运动似乎已经中止，这暗示竣工后，坝基不会出现显著的沉陷。

（１１）对于分期施工来说，采用强度下限用不排水强度分析法得出的安全系数是保守的。

（１２）孔隙水压力的测量结果，帮助人们了解了坝基是怎样响应加载的，从而发现施工合同中规定的延期都是不必要的。