1.3　國內(nèi)膠凝砂礫石壩發(fā)展狀況

我國的膠凝砂礫石筑壩技術(shù)研究始于20世紀90年代，武漢大學、華北水利水電大學、中國水利水電科學研究院等單位相繼開展了相關(guān)的研究，對筑壩材料的力學性能、耐久性、本構(gòu)模型、壩體剖面形式等方面進行了廣泛探討。2004年，中國水利水電科學研究院、福建省水利水電勘測設(shè)計院和中國水利水電第十六工程局等單位合作，建成了我國第一座膠凝砂礫石壩，即壩高16.3m的福建尤溪街面水電站下游圍堰。經(jīng)過全面的研發(fā)與實踐，我國已經(jīng)取得了不少實質(zhì)性的筑壩經(jīng)驗。2014年，《膠結(jié)顆粒料筑壩技術(shù)導則》（SL 678—2014）的正式發(fā)布實施，為膠凝砂礫石壩的研究與發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。國內(nèi)代表性膠凝砂礫石壩見表1.3-1。

1.3.1　膠凝砂礫石材料試驗

20世紀90年代，武漢水利電力大學唐新軍等在天然級配砂石料中摻入少量膠凝材料進行基本力學性能試驗，研究發(fā)現(xiàn)：材料抗壓強度受細骨料（粒徑小于5mm）和膠凝摻量的影響較為顯著；膠凝砂礫石料的彈性模量遠高于普通堆石料；粉煤灰有利于改善其硬化后的力學性能，可節(jié)省水泥的用量。

1995年，華北水利水電學院孫明權(quán)等結(jié)合水利部重點科研項目——超貧膠結(jié)材料壩研究，通過試驗得出：水灰比是影響超貧膠結(jié)材料抗壓強度和彈性模量的主要因素，其最佳水灰比在0.8～1.2之間；材料抗剪強度隨膠凝材料含量的增加有明顯的提高；材料也存在剪脹性特征。

2003年，華北水利水電學院孫明權(quán)等試驗分析了水灰比、砂率對固結(jié)砂礫料混凝土性能的影響，試驗得出：在試驗選取“最佳水灰比”與“合理砂率”的條件下，其試樣強度值達到最大；在固結(jié)砂礫料混凝土內(nèi)摻入粉煤灰，可使材料的強度有一定的提高。

2006年，武漢大學何蘊龍等進行了關(guān)于Hardfill壩理論問題的研究，通過進行各種配合比設(shè)計試驗，分析了影響Hardfill材料強度的各種因素，試驗表明：水膠比、砂率、膠凝材料用量、粉煤灰摻量等對Hardfill材料抗壓強度有明顯影響，其中水膠比對材料強度影響最明顯，存在“最佳水膠比”與“合理砂率”。

2007年，華北水利水電學院孫明權(quán)等在試驗的基礎(chǔ)上，給出了超貧膠結(jié)材料配合比設(shè)計的基本參數(shù)以及最優(yōu)水灰比數(shù)值、粉煤灰超代系數(shù)，同時對不同膠凝摻量的膠凝砂礫石料進行了三軸剪切排水試驗，結(jié)果表明這種材料的應力應變曲線具有明顯的非線性及軟化特征。

2010年，河海大學蔡新等在完成材料的抗壓、抗折試驗之外，進行了三軸試驗，研究了膠凝砂礫石材料的破壞強度、初始彈性模量與圍壓之間的關(guān)系以及材料泊松比與應力狀態(tài)之間的關(guān)系。

2011年，中國科學院力學研究所吳夢喜等對不同齡期的膠凝砂礫石進行了三軸試驗研究，進一步揭示了材料的強度和應力應變特征。

2013年，中國水利水電科學研究院賈金生等系統(tǒng)研究了膠凝砂礫石材料配合比設(shè)計中水膠比、水泥用量、粉煤灰摻量、砂率、含泥量等參數(shù)對強度的影響，并推薦了適用于膠凝砂礫石工程的配合比設(shè)計參數(shù)取值范圍，同時針對工程迫切關(guān)注的問題，對長期水壓力下這種材料的滲透溶蝕性能進行了試驗研究。

1.3.2　膠凝砂礫石材料本構(gòu)模型

在膠凝砂礫石材料本構(gòu)關(guān)系方面，國內(nèi)學者多是參照日本的做法將膠凝砂礫石材料看作混凝土材料，采用線彈性的本構(gòu)關(guān)系來研究；也有將膠凝砂礫石材料視為堆石料，并采用鄧肯-張本構(gòu)關(guān)系（或修正后的鄧肯-張本構(gòu)關(guān)系）來研究。

2003年，華北水利水電學院孫明權(quán)在三軸試驗成果的基礎(chǔ)上，通過對三軸試驗數(shù)據(jù)的分析，認為膠凝砂礫石的應力應變曲線經(jīng)過適當?shù)奶幚?，其與堆石料的應力應變曲線比較接近，建議采用虛加剛性彈簧法建立該材料的本構(gòu)模型，并給出了相關(guān)參數(shù)的確定方法。

2006年，武漢大學何蘊龍結(jié)合大量試驗，采用彈性模型描述該材料的特性，從而建立了Hardfill材料9參數(shù)本構(gòu)模型。模型共有9個參數(shù)，均可以通過三軸試驗方便地確定。

2010年，河海大學蔡新等在膠凝砂礫石料基本材料試驗和三軸試驗的基礎(chǔ)上，總結(jié)出一個可以反映膠凝砂礫石材料變形特性的非線性彈性應力應變關(guān)系，通過對試驗數(shù)據(jù)的回歸分析得出了反映膠凝砂礫石應力應變特性的本構(gòu)模型。

2011年，中國科學院力學研究所吳夢喜等在對不同齡期的膠凝砂礫石進行三軸試驗研究的基礎(chǔ)上，提出了基于應變一致假定的二元并聯(lián)概念模型，該模型既能描述膠凝砂礫石應力應變非線性特征又能描述模量隨齡期增長的特征。

2013年，華北水利水電學院孫明權(quán)針對E-ν模型的缺點對膠凝砂礫石料進行了K-G模型的適用性探討，并對該模型的應力應變理論預測曲線和試驗曲線進行了對比。

1.3.3　膠凝砂礫石壩剖面設(shè)計

國外在修建膠凝砂礫石壩中通常默認大壩斷面為對稱梯形斷面，對膠凝砂礫石壩斷面的優(yōu)化和最優(yōu)斷面影響因素的研究較少。國內(nèi)學者在膠凝砂礫石壩結(jié)構(gòu)靜動力分析的基礎(chǔ)上，進行了一些斷面優(yōu)化設(shè)計研究。

2005年，武漢大學何蘊龍等研究了CSG不同斷面的靜力、動力特性，表明CSG壩結(jié)構(gòu)安全度和穩(wěn)定性高，抗震性能好，而對稱斷面或者上下游接近的斷面具有良好的受力特性，是值得推薦的斷面形式。

2007年，華北水利水電學院孫明權(quán)等系統(tǒng)地分析了不同膠結(jié)材料含量情況下超貧膠結(jié)材料的應力應變關(guān)系、抗剪強度指標和相應的殘余強度，提出了針對不同膠凝含量的超貧膠結(jié)材料壩的“三段設(shè)計法”，闡述了壩體剖面的過渡形式。

2013年，中國水利水電科學研究院賈金生等對膠凝砂礫石壩最優(yōu)斷面進行了研究，探討了膠凝砂礫石斷面與材料設(shè)計允許強度、壩高及基巖條件等影響因素的關(guān)系，提出了膠凝砂礫石壩最優(yōu)對稱斷面的適用范圍。