1.3　国内胶凝砂砾石坝发展状况

我国的胶凝砂砾石筑坝技术研究始于20世纪90年代，武汉大学、华北水利水电大学、中国水利水电科学研究院等单位相继开展了相关的研究，对筑坝材料的力学性能、耐久性、本构模型、坝体剖面形式等方面进行了广泛探讨。2004年，中国水利水电科学研究院、福建省水利水电勘测设计院和中国水利水电第十六工程局等单位合作，建成了我国第一座胶凝砂砾石坝，即坝高16.3m的福建尤溪街面水电站下游围堰。经过全面的研发与实践，我国已经取得了不少实质性的筑坝经验。2014年，《胶结颗粒料筑坝技术导则》（SL 678—2014）的正式发布实施，为胶凝砂砾石坝的研究与发展奠定了基础。国内代表性胶凝砂砾石坝见表1.3-1。

1.3.1　胶凝砂砾石材料试验

20世纪90年代，武汉水利电力大学唐新军等在天然级配砂石料中掺入少量胶凝材料进行基本力学性能试验，研究发现：材料抗压强度受细骨料（粒径小于5mm）和胶凝掺量的影响较为显著；胶凝砂砾石料的弹性模量远高于普通堆石料；粉煤灰有利于改善其硬化后的力学性能，可节省水泥的用量。

1995年，华北水利水电学院孙明权等结合水利部重点科研项目——超贫胶结材料坝研究，通过试验得出：水灰比是影响超贫胶结材料抗压强度和弹性模量的主要因素，其最佳水灰比在0.8～1.2之间；材料抗剪强度随胶凝材料含量的增加有明显的提高；材料也存在剪胀性特征。

2003年，华北水利水电学院孙明权等试验分析了水灰比、砂率对固结砂砾料混凝土性能的影响，试验得出：在试验选取“最佳水灰比”与“合理砂率”的条件下，其试样强度值达到最大；在固结砂砾料混凝土内掺入粉煤灰，可使材料的强度有一定的提高。

2006年，武汉大学何蕴龙等进行了关于Hardfill坝理论问题的研究，通过进行各种配合比设计试验，分析了影响Hardfill材料强度的各种因素，试验表明：水胶比、砂率、胶凝材料用量、粉煤灰掺量等对Hardfill材料抗压强度有明显影响，其中水胶比对材料强度影响最明显，存在“最佳水胶比”与“合理砂率”。

2007年，华北水利水电学院孙明权等在试验的基础上，给出了超贫胶结材料配合比设计的基本参数以及最优水灰比数值、粉煤灰超代系数，同时对不同胶凝掺量的胶凝砂砾石料进行了三轴剪切排水试验，结果表明这种材料的应力应变曲线具有明显的非线性及软化特征。

2010年，河海大学蔡新等在完成材料的抗压、抗折试验之外，进行了三轴试验，研究了胶凝砂砾石材料的破坏强度、初始弹性模量与围压之间的关系以及材料泊松比与应力状态之间的关系。

2011年，中国科学院力学研究所吴梦喜等对不同龄期的胶凝砂砾石进行了三轴试验研究，进一步揭示了材料的强度和应力应变特征。

2013年，中国水利水电科学研究院贾金生等系统研究了胶凝砂砾石材料配合比设计中水胶比、水泥用量、粉煤灰掺量、砂率、含泥量等参数对强度的影响，并推荐了适用于胶凝砂砾石工程的配合比设计参数取值范围，同时针对工程迫切关注的问题，对长期水压力下这种材料的渗透溶蚀性能进行了试验研究。

1.3.2　胶凝砂砾石材料本构模型

在胶凝砂砾石材料本构关系方面，国内学者多是参照日本的做法将胶凝砂砾石材料看作混凝土材料，采用线弹性的本构关系来研究；也有将胶凝砂砾石材料视为堆石料，并采用邓肯-张本构关系（或修正后的邓肯-张本构关系）来研究。

2003年，华北水利水电学院孙明权在三轴试验成果的基础上，通过对三轴试验数据的分析，认为胶凝砂砾石的应力应变曲线经过适当的处理，其与堆石料的应力应变曲线比较接近，建议采用虚加刚性弹簧法建立该材料的本构模型，并给出了相关参数的确定方法。

2006年，武汉大学何蕴龙结合大量试验，采用弹性模型描述该材料的特性，从而建立了Hardfill材料9参数本构模型。模型共有9个参数，均可以通过三轴试验方便地确定。

2010年，河海大学蔡新等在胶凝砂砾石料基本材料试验和三轴试验的基础上，总结出一个可以反映胶凝砂砾石材料变形特性的非线性弹性应力应变关系，通过对试验数据的回归分析得出了反映胶凝砂砾石应力应变特性的本构模型。

2011年，中国科学院力学研究所吴梦喜等在对不同龄期的胶凝砂砾石进行三轴试验研究的基础上，提出了基于应变一致假定的二元并联概念模型，该模型既能描述胶凝砂砾石应力应变非线性特征又能描述模量随龄期增长的特征。

2013年，华北水利水电学院孙明权针对E-ν模型的缺点对胶凝砂砾石料进行了K-G模型的适用性探讨，并对该模型的应力应变理论预测曲线和试验曲线进行了对比。

1.3.3　胶凝砂砾石坝剖面设计

国外在修建胶凝砂砾石坝中通常默认大坝断面为对称梯形断面，对胶凝砂砾石坝断面的优化和最优断面影响因素的研究较少。国内学者在胶凝砂砾石坝结构静动力分析的基础上，进行了一些断面优化设计研究。

2005年，武汉大学何蕴龙等研究了CSG不同断面的静力、动力特性，表明CSG坝结构安全度和稳定性高，抗震性能好，而对称断面或者上下游接近的断面具有良好的受力特性，是值得推荐的断面形式。

2007年，华北水利水电学院孙明权等系统地分析了不同胶结材料含量情况下超贫胶结材料的应力应变关系、抗剪强度指标和相应的残余强度，提出了针对不同胶凝含量的超贫胶结材料坝的“三段设计法”，阐述了坝体剖面的过渡形式。

2013年，中国水利水电科学研究院贾金生等对胶凝砂砾石坝最优断面进行了研究，探讨了胶凝砂砾石断面与材料设计允许强度、坝高及基岩条件等影响因素的关系，提出了胶凝砂砾石坝最优对称断面的适用范围。