膠凝砂礫石壩研究綜述

蔡 新楊 杰郭興文

（1.河海大學(xué)水利水電學(xué)院，江蘇南京 210098；2.河海大學(xué)力學(xué)與材料學(xué)院，江蘇南京 210098）

膠凝砂礫石壩研究綜述

蔡 新1，2，楊 杰1，郭興文2

（1.河海大學(xué)水利水電學(xué)院，江蘇南京 210098；2.河海大學(xué)力學(xué)與材料學(xué)院，江蘇南京 210098）

回顧膠凝砂礫石壩的特點(diǎn)與發(fā)展；介紹國(guó)內(nèi)外幾個(gè)較為典型的膠凝砂礫石壩工程；著重闡述關(guān)于膠凝砂礫石填筑料工程特性的研究，包括：筑壩材料的室內(nèi)試驗(yàn)、本構(gòu)模型、耐久性等，膠凝砂礫石壩的靜力、動(dòng)力、溫度應(yīng)力、穩(wěn)定性等結(jié)構(gòu)工作性態(tài)，膠凝砂礫石壩結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)、斷面設(shè)計(jì)、施工技術(shù)等方面的研究進(jìn)展，同時(shí)進(jìn)行歸納總結(jié)并指出研究的不足；最后建議了膠凝砂礫石壩及其壩料今后可開(kāi)展的研究方向。

膠凝砂礫石壩；膠凝砂礫石料；工程特性；結(jié)構(gòu)分析；綜述

膠凝砂礫石壩是在近幾十年總結(jié)傳統(tǒng)面板堆石壩與碾壓混凝土壩優(yōu)點(diǎn)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新壩型，它具有水泥用料省、施工導(dǎo)流方便、溫控簡(jiǎn)單、施工速度快、適應(yīng)軟弱地基以及抗震性能好等特點(diǎn)［1］。

膠凝砂礫石壩的概念是Raphael［2］于1970年在美國(guó)加利福尼亞州召開(kāi)的“混凝土快速施工會(huì)議”上首次提出的，他建議使用膠凝砂礫石料（cement sand and gravel，CSG）筑壩，采用高效率的土石方運(yùn)輸機(jī)械和壓實(shí)機(jī)械進(jìn)行施工。20世紀(jì)70年代，我國(guó)林一山先生也曾提出了由迎水面相對(duì)不透水的防滲墻與其后肥胖的低膠凝砂礫石穩(wěn)定結(jié)構(gòu)構(gòu)成CSG壩的雛形［3］。1972年田納西流域管理局的Cannon進(jìn)一步拓展了CSG壩的設(shè)計(jì)思想。1992年日本第一次將CSG技術(shù)應(yīng)用于膠凝砂礫石工程［4］；另外，國(guó)內(nèi)一些專家也陸續(xù)開(kāi)展了膠凝砂礫石壩的相關(guān)研究工作。

盡管膠凝砂礫石壩的研究及應(yīng)用目前還處于初步發(fā)展階段，建設(shè)數(shù)量與工程規(guī)模尚無(wú)法與傳統(tǒng)的面板堆石壩、碾壓混凝土壩相比，但隨著近幾十年來(lái)國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者對(duì)該壩型的深入研究及工程實(shí)踐的發(fā)展［5］，該壩型諸多優(yōu)點(diǎn)逐漸凸顯出來(lái)，被認(rèn)為是今后有廣闊發(fā)展前景的一種新壩型。

1 幾個(gè)典型的膠凝砂礫石壩工程

據(jù)資料統(tǒng)計(jì)［5］，CSG壩在國(guó)外已建成10多座，如美國(guó)柳溪壩（Willow Creek）、希臘的 Marathia壩和AnoMera壩、土耳其的Cindere壩、多米尼加共和國(guó)在Moncion壩溢流壩部分的膠凝砂礫石壩、日本的一些膠凝砂礫石壩等。而國(guó)內(nèi)主要以圍堰為主，永久性工程僅有山西的守口堡壩（現(xiàn)處于施工中）。

1982年美國(guó)俄勒岡州建成的Willow Creek是世界上第一座全碾壓混凝土重力壩，該壩內(nèi)部碾壓混凝土的膠凝含量?jī)H為66kg／m3，是典型的貧膠碾壓混凝土壩。該壩大幅度節(jié)省了水泥的用量，同時(shí)水化熱也有較大程度的減少，簡(jiǎn)化了溫控措施。筑壩中使用了修筑土石壩的大規(guī)模機(jī)械化施工技術(shù)，達(dá)到快速施工的目的。該壩33.1×104m3的碾壓混凝土澆筑任務(wù)在不到5個(gè)月的時(shí)間內(nèi)完成，比常態(tài)混凝土重力壩縮短工期1～1.5a，造價(jià)僅相當(dāng)于常態(tài)混凝土重力壩的40%，相當(dāng)于堆石壩的60%。此壩可看作CSG壩的雛形［5］。

圖1 希臘AnoMera膠凝砂礫石壩剖面示意圖（高程單位：m，尺寸單位：mm）Fig.1 Cross-section of AnoMera CSG dam in Greek（Units of elevation：m，units of others：mm）

1993年和1997年，在希臘Mykonos島上分別建成了2座膠凝砂礫石壩——Marathia壩（真正意義上的第一座膠凝砂礫石壩）和AnoMera壩，壩高分別為25m和32m，上下游的坡度均為1∶0.5。壩坡面采用階梯形［5］，如圖1所示，碾壓層厚度在20～30cm之間。筑壩材料主要來(lái)源于河床和壩址附近，經(jīng)過(guò)粉碎、篩選和分堆，骨料的最大粒徑為60mm，膠凝材料摻量（質(zhì)量濃度，下同）為70kg／m3（其中粉煤灰摻量為 20%），密度為2300～2400kg／m3。

目前世界上已建最高的膠凝砂礫石壩是土耳其Cindere壩（圖2），其壩體采用對(duì)稱梯形結(jié)構(gòu)，只在上游面設(shè)置防滲面板和排水系統(tǒng)。上游的防滲面板是混凝土面板加PVC膜防滲，在PVC膜后設(shè)置滲漏收集管道，集中到上游面板后的排水管道中。河床到壩頂高度為72m，壩基到壩頂高度為107m，壩頂長(zhǎng)280.58m、寬10m，上下游壩面坡度為1∶0.7，壩體每20m設(shè)置1條垂直縫。膠凝材料摻量為50kg／m3水泥和20kg／m3的粉煤灰，大壩施工一共用了150×104m3膠凝砂礫石料和18×104m3的常規(guī)混凝土［5］。

2001年多米尼加共和國(guó)在Moncion壩壩體中間溢流壩部分采用了膠凝砂礫石筑壩［5］。該壩段壩高28m，兩側(cè)均為土石壩，長(zhǎng)度分別為140m和220m；中部是270m長(zhǎng)的膠凝砂礫石壩。因膠凝砂礫石壩強(qiáng)度較高、穩(wěn)定性也較好，其上下游面坡度比兩邊土石壩部分陡，均為1∶0.7，碾壓層厚30cm，壩體每15m設(shè)置1條收縮縫，不處理冷縫。上游面用常規(guī)混凝土防滲面板，面板厚30cm。

圖2 土耳其Cindere壩Fig.2 Cindere dam in Turkey

在日本，壩工界對(duì)膠凝砂礫石新壩型極其關(guān)注，自1990年起大量投入研究和開(kāi)發(fā)膠凝砂礫石壩新技術(shù)。該壩型在設(shè)計(jì)上采用上下游壩坡對(duì)稱的梯形斷面，壩體采用“金包銀”結(jié)構(gòu)（圖3），即上游采用混凝土面板，并配合地基的防滲帷幕構(gòu)成防滲體系，下游設(shè)防護(hù)混凝土面板。CSG壩在設(shè)計(jì)時(shí)要根據(jù)壩址附近可獲得的砂礫石料、開(kāi)挖料等確定膠凝砂礫料的材料特性，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行壩體設(shè)計(jì)，使其能滿足材料要求，這種設(shè)計(jì)能更好地滿足環(huán)保和經(jīng)濟(jì)需要。參照這一思想，日本的一些膠凝砂礫石工程陸續(xù)被建設(shè)：1992年的 Nagashima壩上游圍堰［6］；1994年修建的 Tyubetsu大壩圍堰和Kubusugawa大壩圍堰；1999年采用CSG技術(shù)修建的第一座永久性建筑物——Nagashima水庫(kù)攔砂壩；2002年建成的Haizuka水庫(kù)攔砂壩［7］；2006年建成的壩高39m的Okukubi壩——日本第一座CSG攔河主壩。此外，還有2座大壩——Sanru壩和Honmyogawa壩［5］。

我國(guó)利用膠凝砂礫石筑壩的技術(shù)研究始于1990年，中國(guó)水利水電科學(xué)研究院、河海大學(xué)、華北水利水電學(xué)院、武漢大學(xué)、新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)、山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院、福建省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院等，對(duì)膠凝砂礫石壩的筑壩材料特性、大壩穩(wěn)定和應(yīng)力分析、施工工藝等問(wèn)題進(jìn)行了廣泛探索。2004年，我國(guó)建成了福建街面水電站下游圍堰，為國(guó)內(nèi)第一座膠凝砂礫石圍堰。經(jīng)過(guò)多年的研究與實(shí)踐，我國(guó)已取得不少膠凝砂礫石筑壩經(jīng)驗(yàn)。目前已建成或在建的多座膠凝砂礫石工程［8］見(jiàn)表1。

圖3日本某CSG壩典型剖面圖Fig.3 Typical cross-section of CSG dam in Japan

表1 國(guó)內(nèi)膠凝砂礫石工程情況Table1 CSG projects in China

2 膠凝砂礫石料工程特性

2.1 試驗(yàn)研究

膠凝砂礫石料的力學(xué)特性是膠凝砂礫石壩結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)，其研究手段以試驗(yàn)為主。1997年，陸述遠(yuǎn)等［9］、唐新軍等［10］在天然級(jí)配砂石料中摻入少量膠凝材料進(jìn)行抗壓強(qiáng)度及抗折強(qiáng)度試驗(yàn)，得出如下結(jié)論：膠凝砂礫石料的抗壓強(qiáng)度受細(xì)骨料（粒徑＜5mm）和膠凝摻量影響顯著；膠凝砂礫石料的彈性模量遠(yuǎn)高于普通堆石料，可有效減小上游防滲面板變形；粉煤灰有利于改善材料硬化后的力學(xué)性能，可節(jié)省水泥用量。2003年Batmaz結(jié)合土耳其Cindere壩進(jìn)行了膠凝砂礫石料強(qiáng)度試驗(yàn)研究［5］，發(fā)現(xiàn)當(dāng)膠凝摻量為70kg／m3時(shí)，90d齡期的膠凝砂礫石料強(qiáng)度可達(dá)5MPa以上，可滿足高度100m大壩的要求。2006年賈金生等［11］結(jié)合福建街面水電站下游圍堰工程的筑壩材料，通過(guò)試驗(yàn)研究抗壓強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度，結(jié)果表明當(dāng)采用當(dāng)?shù)靥烊簧暗[石，摻入水泥和粉煤灰各40kg／m3，其180d齡期抗壓強(qiáng)度可達(dá)到C7.5，并滿足圍堰的力學(xué)、穩(wěn)定、防滲和抗溶蝕要求。2007年楊首龍［12］結(jié)合白沙、街面和洪口3個(gè)水電站膠凝砂礫圍堰工程，對(duì)不同配比的膠凝砂礫石料進(jìn)行了拉、壓強(qiáng)度以及彈性模量和泊松比等的試驗(yàn)研究。柴啟輝［13］對(duì)膠凝砂礫石料力學(xué)性能試驗(yàn)及施工工藝進(jìn)行初步探討，給出了不同骨料級(jí)配在不同膠凝摻量時(shí)達(dá)到強(qiáng)度的基本范圍。劉錄錄等［14］對(duì)膠凝砂礫石料的抗壓強(qiáng)度影響因素及規(guī)律進(jìn)行了研究，得到影響膠凝砂石料的抗壓強(qiáng)度影響因素主次順序?yàn)槟z凝用量、水膠比、細(xì)料含量以及抗壓強(qiáng)度隨膠凝摻量增加而增大，最佳水膠比為1.2，細(xì)料含量在25%～30%之間時(shí)抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大等規(guī)律。

上述研究主要基于單向受壓、抗折、加卸載試驗(yàn)，能反映膠凝砂礫石料不同級(jí)配對(duì)抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度以及彈性模量的影響。2007年孫明權(quán)等［15］對(duì)不同膠凝摻量的膠凝砂礫石料進(jìn)行了三軸剪切排水試驗(yàn)，結(jié)果表明，膠凝砂礫石料應(yīng)力應(yīng)變曲線具有明顯的非線性特征及軟化特征。2010年蔡新等［16］和武穎利［17］除完成膠凝砂礫石料抗壓、抗折等基本材料試驗(yàn)之外，還進(jìn)行了不同圍壓下的大型三軸剪切試驗(yàn)，研究了膠凝砂礫石料的破壞強(qiáng)度、初始切線彈性模量與圍壓之間的關(guān)系以及膠凝砂礫石料泊松比與應(yīng)力狀態(tài)之間的關(guān)系。Wu等［18］考慮不同齡期進(jìn)行膠凝砂礫石料大型三軸試驗(yàn)，著重分析了膠凝砂礫石料膠結(jié)后在不同齡期對(duì)應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的影響，進(jìn)一步揭示了膠凝砂礫石料的強(qiáng)度和應(yīng)力應(yīng)變特征。Tatsuoka等［19］、Lohani等［20］、Kongsukprasert等［21-23］、Ezaoui等［24］對(duì)類似于膠凝砂礫石料的路基材料進(jìn)行應(yīng)力-應(yīng)變特性分析及強(qiáng)度特性、齡期影響等的相關(guān)三軸試驗(yàn)研究，得出與孫明權(quán)等［15］、蔡新等［16］成果相符的規(guī)律。

2003年，Omae等采用動(dòng)三軸儀測(cè)試了一個(gè)實(shí)際膠凝砂礫壩的筑壩材料動(dòng)力性質(zhì)，得出如下結(jié)論［25］：在小幅值循環(huán)壓力作用下，材料的動(dòng)剪切模量隨圍壓增大而增大，材料動(dòng)力本構(gòu)關(guān)系表現(xiàn)出明顯的非線性性質(zhì)，隨著剪應(yīng)變?cè)龃?，材料?dòng)剪切模量減小，材料動(dòng)剪切模量隨應(yīng)變率的減小而明顯減小。明宇等［26］通過(guò)不同膠凝摻量下膠凝砂礫壩壩料的動(dòng)力大型三軸試驗(yàn)，研究膠凝砂礫石料的動(dòng)力特性，給出了膠凝摻量、圍壓對(duì)材料動(dòng)力特性影響的變化規(guī)律；之后，傅華等［27］開(kāi)展了不同摻量的膠凝砂礫石料的靜動(dòng)力三軸試驗(yàn)，進(jìn)一步驗(yàn)證了蔡新等［16］研究的靜動(dòng)力特性規(guī)律的合理性。

綜上所述，膠凝砂礫石料靜力特性主要集中于材料彈性分析，對(duì)一些試驗(yàn)研究得出的彈塑性特征尚無(wú)法進(jìn)行定量分析；膠凝砂礫石料的動(dòng)力強(qiáng)度和破壞形式的相關(guān)研究較少；此外，膠凝砂礫石料的力學(xué)特性主要是基于室內(nèi)試驗(yàn)現(xiàn)象的總結(jié)，僅為宏觀意義上的特性，仍無(wú)法描述膠凝砂礫石料內(nèi)部機(jī)理。

2.2 本構(gòu)模型研究

目前關(guān)于膠凝砂礫石料本構(gòu)關(guān)系的研究方法大致可分為混凝土法和土工法2種?；炷练▽⒛z凝砂礫石料視為一種強(qiáng)度較低的貧膠混凝土，采用線彈性材料假定。日本學(xué)者Hirose假定膠凝砂礫石料為線彈性材料，以彈性極限強(qiáng)度作為設(shè)計(jì)強(qiáng)度的設(shè)計(jì)理念［25］。國(guó)內(nèi)學(xué)者李永新等［28］針對(duì)膠凝砂礫石壩填筑分層的結(jié)構(gòu)特征，考慮層間薄弱面的影響，提出了橫觀各向同性的等效線彈性模型。何蘊(yùn)龍等［29］在總結(jié)前人已完成試驗(yàn)得出的應(yīng)力應(yīng)變曲線基礎(chǔ)上，分析膠凝砂礫石料的應(yīng)力應(yīng)變特征，并與堆石料、混凝土進(jìn)行對(duì)比分析，借用Ottosen模型的函數(shù)表達(dá)式，表示膠凝砂礫石料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，模型能較好地反映材料的應(yīng)變軟化特性，但曲線峰值之前模型計(jì)算值稍低于三軸試驗(yàn)值。土工法則視膠凝砂礫石料為一種改性的堆石體，著重模擬材料應(yīng)力-變形的非線性特征。孫明權(quán)等［30］針對(duì)膠凝砂礫石應(yīng)力-應(yīng)變曲線中的應(yīng)變軟化問(wèn)題對(duì)鄧肯-張的雙曲線模型進(jìn)行改進(jìn)，提出了一個(gè)形式較簡(jiǎn)單且參數(shù)有一定物理意義的非線性彈性模型，但無(wú)法反映膠凝砂礫石在初始應(yīng)力狀態(tài)下表現(xiàn)出的剪脹性特征。蔡新等［16］和武穎利［17］在進(jìn)行膠凝砂礫石料的基本材料試驗(yàn)和三軸試驗(yàn)基礎(chǔ)上，總結(jié)出了一個(gè)可反映膠凝砂礫石料變形特征的非線性彈性應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，采用對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的回歸分析得出反映膠凝砂礫石應(yīng)力-應(yīng)變特性的本構(gòu)模型，參數(shù)計(jì)算簡(jiǎn)便，均可由三軸試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定。Wu等［18］在膠凝砂礫石料不同齡期的大型三軸試驗(yàn)基礎(chǔ)上，提出了基于應(yīng)變一致假定的二元并聯(lián)概念模型，該模型既能描述硬填料的應(yīng)力應(yīng)變非線性特征，又能描述變形模量隨著齡期變化的特征，但模型過(guò)于復(fù)雜，工程人員掌握較為困難。2013年劉俊林等［31］利用廣義雙曲線的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系對(duì)膠凝砂礫石料非線性本構(gòu)模型進(jìn)行研究，所得模型較為簡(jiǎn)單，但與以往模型一樣，無(wú)法準(zhǔn)確模擬膠凝砂礫石料峰值強(qiáng)度之前的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。此外，孫明權(quán)等［32］針對(duì)E-ν模型的缺點(diǎn)對(duì)膠凝砂礫石料進(jìn)行K-G模型的適用性探討，并對(duì)該模型的應(yīng)力-應(yīng)變理論預(yù)測(cè)曲線和試驗(yàn)曲線進(jìn)行對(duì)比。蔡新等［33］考慮剪脹與軟化特性，利用改進(jìn)K-G模型模擬膠凝砂礫石料非線性關(guān)系，但預(yù)測(cè)結(jié)果誤差較大。

針對(duì)膠凝砂礫石料動(dòng)力本構(gòu)關(guān)系的專題研究較少，僅蔡新等［34］基于動(dòng)三軸試驗(yàn)，研究了不同圍壓、不同膠凝摻量下膠凝砂礫石料的動(dòng)本構(gòu)關(guān)系及動(dòng)模量衰減規(guī)律，得出結(jié)論：膠凝砂礫石料動(dòng)本構(gòu)關(guān)系可借用Kondner R L雙曲線模型進(jìn)行描述；圍壓、膠凝摻量對(duì)動(dòng)本構(gòu)關(guān)系均有影響，但圍壓的影響較大。此外，他們?cè)诓煌z凝摻量、圍壓的膠凝砂礫料動(dòng)力特性變化規(guī)律基礎(chǔ)上，建立了新的動(dòng)本構(gòu)模型。所建模型可為該壩型的設(shè)計(jì)研究和實(shí)際應(yīng)用提供參考。

以上所建立的膠凝砂礫石料的靜、動(dòng)力本構(gòu)模型多為彈性模型，尚無(wú)法真實(shí)反映膠凝砂礫石料靜、動(dòng)力學(xué)特征，尤其是塑性變形特性。

2.3 耐久特性研究

研究膠凝砂礫石料的耐久特性，目的在于大幅度提高膠凝砂礫石料的耐久性，使膠凝砂礫石壩的使用壽命延長(zhǎng)，具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。混凝土耐久性的研究相對(duì)成熟，其主要受外在環(huán)境與堿骨料反應(yīng)等內(nèi)在因素影響，混凝土內(nèi)在原因?yàn)閴A骨料反應(yīng)，骨料與水泥漿熱工性質(zhì)差異引起的體積變化會(huì)對(duì)混凝土的耐久性產(chǎn)生不利影響；而膠凝砂礫石料雖類似于混凝土，但其本身具有特殊性，需專門開(kāi)展膠凝砂礫石料耐久性研究。借鑒混凝土堿骨料反應(yīng)的研究思路，進(jìn)行膠凝砂礫石料的內(nèi)在影響因素（水泥漿）的滲透溶蝕性能研究。膠凝砂礫石料中的水泥硬化后成為水泥石，其主要產(chǎn)物是氫氧化鈣、含水硅酸鈣、鋁酸鈣、鐵酸鈣、水化硫鋁酸鈣；膠凝砂礫石料長(zhǎng)期與水接觸，其中水泥石被溶解，使液相石灰的質(zhì)量濃度更低，然后材料中固體氫氧化鈣溶解加以補(bǔ)償，隨后其他在一定濃度的氫氧化鈣溶液中才能穩(wěn)定的水化物相繼分解，導(dǎo)致材料中低鹽基性水泥水化產(chǎn)物分解成非結(jié)合性產(chǎn)物，最終使結(jié)構(gòu)物遭到破壞。王曉強(qiáng)［35］通過(guò)溶蝕性能試驗(yàn)解釋了這一現(xiàn)象。陳霞等［36］為進(jìn)一步驗(yàn)證滲透溶蝕機(jī)理，采用Ca2+的溶出濃度和Ca2+的滲透量來(lái)表征膠凝砂礫石料的滲透溶蝕程度，進(jìn)行滲透溶蝕試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)膠凝砂礫石料滲透出的Ca2+量是試驗(yàn)齡期的函數(shù)，且Ca2+濃度與齡期曲線呈先升、后降趨勢(shì)，最后穩(wěn)定在一個(gè)固定值；膠凝砂礫石料膠凝材料用量少，其抗?jié)B透溶蝕性能較常規(guī)混凝土稍差，滲透水中Ca2+的極限濃度低于常規(guī)混凝土。此外，陳霞等［36］通過(guò)從原材料、環(huán)境水和施工工藝等方面提出了改善膠凝砂礫石料抗?jié)B透溶蝕的一些有效措施。除膠凝砂礫石料的滲透溶蝕外，馮煒［37］針對(duì)膠凝砂礫石料的一些影響耐久性（如抗?jié)B性、抗凍性等）因素，分別采用逐級(jí)加壓法與快凍法進(jìn)行試驗(yàn)研究，指出外加劑對(duì)材料抗?jié)B、抗凍性能的影響，最終建議膠凝砂礫石料采用外加劑并以高齡期為設(shè)計(jì)齡期進(jìn)行壩體保護(hù)層材料的研發(fā)。

膠凝砂礫石料蠕變特性是膠凝砂礫石料耐久性的外因與內(nèi)因共同影響產(chǎn)生的，可認(rèn)為是其耐久性的重要影響因素。除與滲透溶蝕、凍脹有關(guān)，膠凝砂礫石料蠕變還有2個(gè)特點(diǎn)［37］：（a）雖然膠凝材料用量少，水灰比、水膠比大，但膠材漿體包裹充分的膠凝砂礫石，其內(nèi)部孔隙率不大，引起蠕變的主要因素是硬化水泥石的蠕變；（b）膠材漿體包裹不充分的膠凝砂礫石，其內(nèi)部孔隙率大，隨著荷載時(shí)間的增加，內(nèi)部孔隙的壓縮引起其變形。

膠凝砂礫石料的耐久性研究目前僅停留在滲透溶蝕、抗?jié)B及抗凍性方面的一些影響規(guī)律探討，不夠系統(tǒng)深入，未能量化；而蠕變特性，尤其在細(xì)觀層面下的定量分析極少，影響膠凝砂礫石筑壩技術(shù)較好地應(yīng)用于實(shí)際工程，也無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)該壩型的使用壽命。

3 膠凝砂礫石壩結(jié)構(gòu)分析

國(guó)內(nèi)外已建的膠凝砂礫石壩斷面一般為對(duì)稱梯形斷面，邊坡坡比一般為1∶0.5～1∶0.8，壩體設(shè)計(jì)依據(jù)重力壩理念，利用材料力學(xué)法，以壩體不產(chǎn)生拉應(yīng)力和滿足膠凝砂礫石料抗壓強(qiáng)度要求作為應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)滿足壩體整體穩(wěn)定要求。但隨著對(duì)大壩不斷地深入研究及應(yīng)用推廣，膠凝砂礫石壩的結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)需采用數(shù)值模擬等更為精細(xì)的手段。針對(duì)膠凝砂礫石壩已開(kāi)展了一些數(shù)值計(jì)算研究，如靜、動(dòng)力應(yīng)力變形分析，穩(wěn)定性分析等。

3.1 靜力分析

王秀杰等［38-39］運(yùn)用有限元軟件ANSYS對(duì)某一中低壩模型進(jìn)行了靜力計(jì)算，對(duì)不同壩坡情況下CGS壩的工作狀態(tài)、壩體的應(yīng)力應(yīng)變分布規(guī)律等進(jìn)行了探討；李永新等［28］認(rèn)為膠凝砂礫石料為彈塑性材料，基于彈塑性本構(gòu)模型對(duì)膠凝砂礫石壩進(jìn)行有限元分析，探討了黏聚力、內(nèi)摩擦角、楊氏模量等模型參數(shù)對(duì)膠凝砂礫石壩應(yīng)力與穩(wěn)定影響的敏感性；施金［40］假定膠凝砂礫石料應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系符合鄧肯E-μ模型，著重分析了膠凝砂礫石料中膠凝摻量的變化對(duì)鄧肯E-μ模型各項(xiàng)參數(shù)的影響，并選擇3種典型的膠凝砂礫石壩壩體進(jìn)行壩體和面板的應(yīng)力與位移分析；楊令強(qiáng)等［41］采用有限元算法對(duì)膠凝砂礫石料和土料形成的復(fù)合壩進(jìn)行了計(jì)算，探討了土體破壞以及膠凝砂礫石料強(qiáng)度破壞的安全系數(shù)問(wèn)題；孫明權(quán)等［42］通過(guò)“虛加剛性彈簧法”和“分步迭代法”來(lái)反映超貧膠結(jié)材料的軟化特性，并編制非線性有限元計(jì)算程序來(lái)模擬施工逐級(jí)加荷，對(duì)膠凝砂礫石壩的應(yīng)力和應(yīng)變進(jìn)行了計(jì)算；彭云楓等運(yùn)用三維有限元數(shù)值模擬方法，對(duì)膠凝砂礫石壩的面板和壩體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析［25］；吳鳳先等［43］對(duì)不同壩高和壩料的壩型進(jìn)行理論分析，將分析結(jié)果與有限元計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，對(duì)誤差較大的壩體區(qū)域進(jìn)行修正；明宇等［44］根據(jù)相關(guān)試驗(yàn)得到的膠凝砂礫石料非線性彈性應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，利用ABAQUS的二次開(kāi)發(fā)平臺(tái)，開(kāi)發(fā)了膠凝砂礫料非線性彈性本構(gòu)模型的UMAT用戶子程序，采用膠凝砂礫石壩的施工模擬及新填筑層位移修正的處理方法，對(duì)膠凝砂礫石壩在不同工況下的工作性態(tài)進(jìn)行了研究。該方面目前存在的主要問(wèn)題：由于沒(méi)有可真實(shí)反映膠凝砂礫石料彈塑性變形特征的本構(gòu)模型，膠凝砂礫石壩結(jié)構(gòu)分析多參照傳統(tǒng)的堆石料和混凝土材料的線彈性模型、理想彈塑性模型以及鄧肯-張非線性彈性本構(gòu)模型，個(gè)別研究人員基于試驗(yàn)資料，在鄧肯-張本構(gòu)模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行修正得到膠凝砂礫石料的非線性彈性本構(gòu)模型，但均無(wú)法真實(shí)反映膠凝砂礫石壩的塑形變形特征，成為膠凝砂礫石壩應(yīng)力變形準(zhǔn)確預(yù)測(cè)的一個(gè)瓶頸問(wèn)題。

3.2 動(dòng)力分析

1992年，Londe采用擬靜力方法分析了膠凝砂礫石壩的抗震性能，利用材料力學(xué)方法計(jì)算壩體動(dòng)應(yīng)力，研究發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)重力壩相比，膠凝砂礫石壩在壩踵、壩趾部位基本沒(méi)有地震動(dòng)應(yīng)力集中的現(xiàn)象，地震工況并不會(huì)嚴(yán)重地影響壩基附近應(yīng)力狀況［25］；之后，Hirose等基于線性彈性理論，運(yùn)用反應(yīng)譜法對(duì)日本境內(nèi)的膠凝砂礫石壩進(jìn)行了地震動(dòng)力計(jì)算分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該壩型在地震作用下的變形以剪切變形為主，壩體頂部沒(méi)有發(fā)生動(dòng)應(yīng)力集中現(xiàn)象，與常態(tài)重力壩相比，地震作用下膠凝砂礫石壩的應(yīng)力增加幅度較小，該壩型具有良好的抗震性能［25］；Gurdil等對(duì)Cindere壩進(jìn)行了地震時(shí)程分析，得出該壩具有較高的抗震安全度，完全可以抵御該壩址區(qū)的設(shè)防地震烈度8度地震［5］；Liapichev對(duì)100m高的CSG壩進(jìn)行了二維動(dòng)力分析，研究發(fā)現(xiàn)對(duì)稱體型的CSG壩抗震性能良好，在峰值加速度為0.4g的地震作用下大壩基本可保證正常工作；當(dāng)?shù)卣鸱逯导铀俣雀哌_(dá)0.8g時(shí)，地震作用對(duì)大壩的破壞依然有限，大壩的整體安全穩(wěn)定可以得到保證［25］?；谝痪S剪切楔理論，何蘊(yùn)龍等［45-46］推導(dǎo)出計(jì)算膠凝砂礫石壩自振頻率和振型的理論公式，并采用一個(gè)簡(jiǎn)化等效體系計(jì)算動(dòng)水壓力對(duì)壩體自振頻率和振型的影響，對(duì)膠凝砂礫石壩進(jìn)行地震反應(yīng)譜分析，比較分析有限元法與剪切楔法計(jì)算所得壩體的自振特性，論證了剪切楔法計(jì)算膠凝砂礫石壩地震動(dòng)力反應(yīng)的適用性和可靠性；于躍等［47］基于剪切楔法，推導(dǎo)出梯形斷面膠凝砂礫石壩的運(yùn)動(dòng)微分方程，利用合流超比函數(shù)和Liouville函數(shù)推導(dǎo)出計(jì)算膠凝砂礫石壩自振頻率和振型的理論公式，得出在簡(jiǎn)諧波作用下的壩體速度、加速度和動(dòng)位移的計(jì)算公式，將基于剪切楔法的實(shí)例計(jì)算結(jié)果與有限元法的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，驗(yàn)證了剪切楔法理論計(jì)算公式在膠凝砂礫石壩自振特性和動(dòng)力反應(yīng)計(jì)算中的可靠性。Xiong等［48］基于細(xì)觀損傷理論和有限元法，對(duì)典型Hardfill壩遭遇8度地震及強(qiáng)震條件下的動(dòng)力反應(yīng)進(jìn)行數(shù)值分析，研究其在地震過(guò)程中的破壞模式與破壞機(jī)理，得出在8度地震荷載作用下，Hardfill壩應(yīng)力水平較低，處于未損傷或輕微損傷狀態(tài)。上述關(guān)于該壩型的抗震分析主要通過(guò)理論假設(shè)，將壩料視為混凝土等線性材料，而事實(shí)上膠凝砂礫石料的材料特性有明顯的非線性，采用線彈性假設(shè)不能客觀地反映該壩型的動(dòng)力變形特征，因而計(jì)算結(jié)果無(wú)法真實(shí)體現(xiàn)膠凝砂礫石壩的抗震特性。明宇［25］利用動(dòng)三軸試驗(yàn)建立的膠凝砂礫石料動(dòng)力本構(gòu)關(guān)系，考慮不同坡比、膠凝摻量進(jìn)行了動(dòng)力工作性態(tài)研究，同時(shí)提出了一些抗震設(shè)計(jì)指標(biāo)。

3.3 溫度應(yīng)力分析

針對(duì)膠凝砂礫石壩溫控問(wèn)題，僅劉斌等［49］運(yùn)用三維有限元數(shù)值計(jì)算，對(duì)施工期的膠凝砂礫石壩進(jìn)行了溫度場(chǎng)仿真，并與碾壓混凝土重力壩進(jìn)行對(duì)比分析，得出膠凝砂礫石壩溫度場(chǎng)的變化規(guī)律，還就彈性模量、絕熱溫升、線膨脹系數(shù)、極限拉伸、徐變度等因素對(duì)膠凝砂礫石料的熱力學(xué)特性進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)在相同條件下，與常規(guī)混凝土和碾壓混凝土相比，膠凝砂礫石料的溫度應(yīng)力比較小，且具有較大的抗裂余度，是一種具有推廣應(yīng)用前景的新型壩工材料。

3.4 穩(wěn)定性分析

滲流、不同地基等對(duì)大壩結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的影響較大。劉文拯等［50］研究了膠凝砂礫石壩在不同透水性壩基下的滲流場(chǎng)分布規(guī)律，并將其與設(shè)置各種不同防滲排水措施后的膠凝砂礫石壩滲流場(chǎng)分布規(guī)律進(jìn)行對(duì)比分析，將計(jì)算結(jié)果整理成流網(wǎng)圖和特征點(diǎn)滲透坡降圖，為明確壩基滲流特征及對(duì)該壩型的進(jìn)一步研究提供了基礎(chǔ)。膠凝砂礫石壩能適應(yīng)軟弱地基，大部分僅體現(xiàn)在定性分析的基礎(chǔ)上，樂(lè)治濟(jì)［51］將膠凝砂礫石料視為線彈性材料，利用有限單元法和反應(yīng)譜法，比較分析了膠凝砂礫石壩與重力壩的動(dòng)、靜力特征，總結(jié)了該壩型和地基的滲透特性對(duì)壩體工作性態(tài)的影響，分析了均質(zhì)地基和前后軟硬不同地基上筑壩時(shí)對(duì)壩體工作特性的影響，探討了膠凝砂礫石壩在軟地基上建設(shè)的可能性。另外，楊會(huì)臣［8］對(duì)膠凝砂礫石壩的壩基適應(yīng)性問(wèn)題進(jìn)行了研究，提出了膠凝砂礫石壩的壩基要求：從壩體受力和穩(wěn)定角度，壩體、地基適宜的彈性模量比可限定在0.5～2.0倍范圍內(nèi)；當(dāng)?shù)鼗?、壩體彈性模量難以滿足0.5～2.0倍關(guān)系時(shí)，對(duì)于較軟地基，通過(guò)選用較大的壩體斷面和比地基彈性模量低的壩體彈性模量，可滿足壩體的強(qiáng)度和穩(wěn)定要求。滲流、地基等對(duì)膠凝砂礫石壩的工作性態(tài)具體影響如何，研究成果較少，尚無(wú)法準(zhǔn)確歸納。

4 膠凝砂礫石壩模型試驗(yàn)研究

為了解膠凝砂礫石壩在竣工期和蓄水期的工作性態(tài)，2008年蔡新等［52］采用離心模型試驗(yàn)方法對(duì)不同膠凝摻量下壩體的應(yīng)力變形進(jìn)行試驗(yàn)研究，同時(shí)與非線性有限元法數(shù)值計(jì)算進(jìn)行對(duì)比分析，得出結(jié)論：膠凝摻量的增加，致壩體沉降和面板撓度在竣工期和蓄水期明顯減小，改善了面板的受力條件，可保證防滲體系的正常工作，提高壩體抗剪強(qiáng)度與承載力，設(shè)計(jì)時(shí)壩坡可放陡，壩體斷面顯著縮小，大幅度節(jié)省了筑壩砂礫石料，從而保證了大壩的安全可靠性；此外，離心試驗(yàn)得到的竣工期和蓄水期的壩體應(yīng)力、位移以及面板法向位移與數(shù)值計(jì)算結(jié)果規(guī)律基本一致，可為膠凝砂礫石壩的設(shè)計(jì)提供參考。2012年熊堃等［53］為了研究壩的結(jié)構(gòu)破壞模式與破壞機(jī)理，評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)安全度以促進(jìn)新壩型的發(fā)展和應(yīng)用，采用地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)方法，進(jìn)行了國(guó)內(nèi)首次膠凝砂礫石壩破壞模型試驗(yàn)，分析了大壩在外荷載作用下的變形、破壞特征及其演變過(guò)程，得出結(jié)論：膠凝砂礫石壩的破壞區(qū)域主要發(fā)生在壩踵、壩趾及壩基面上，在超載過(guò)程中大壩經(jīng)歷了穩(wěn)定、非線性變形以及失穩(wěn)破壞3個(gè)階段。已進(jìn)行的模型試驗(yàn)僅能大致反映膠凝砂礫石壩的整體受力情況及一般規(guī)律，仍無(wú)法準(zhǔn)確反映膠凝砂礫石壩實(shí)際工程的工作狀態(tài)及承載能力。

5 膠凝砂礫石壩斷面設(shè)計(jì)

國(guó)內(nèi)外已建工程中基本采用上、下游等坡比的對(duì)稱梯形壩。以土耳其Cindere壩的設(shè)計(jì)為例，滿足穩(wěn)定要求的最優(yōu)斷面的上游坡比為1∶0.4、下游坡比為1∶0.8，該斷面在正常運(yùn)行遭遇地震的工況下，抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為1.27，略大于規(guī)定要求值（1.2）。該工程最終采用上下游坡比為1∶0.7的對(duì)稱斷面，壩體體積比最優(yōu)方案增加約11%，但壩體的穩(wěn)定和應(yīng)力情況獲得改善，正常運(yùn)行遭遇地震工況下抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為1.396，最大可信地震工況下抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為1.05，壩基應(yīng)力降低21%。國(guó)外在修建膠凝砂礫石壩中通常默認(rèn)大壩斷面為對(duì)稱的梯形斷面，對(duì)膠凝砂礫石壩斷面的優(yōu)化及最優(yōu)斷面影響因素的研究較少。國(guó)內(nèi)學(xué)者在膠凝砂礫石壩結(jié)構(gòu)靜動(dòng)力分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了一些斷面優(yōu)化設(shè)計(jì)研究。王秀杰［38］研究了CSG壩不同斷面的靜力、動(dòng)力特性，表明CSG壩結(jié)構(gòu)安全度和穩(wěn)定性高，抗震性好，而對(duì)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。施金［40］將膠凝砂礫石壩視為面板堆石壩中較為特殊的一種壩型，以面板堆石壩的約束條件，通過(guò)不同壩坡組合的體型優(yōu)選進(jìn)行設(shè)計(jì)，與普通面板堆石壩相比，膠凝面板砂礫石壩的優(yōu)化方案壩坡可更陡，堆石方量更少、造價(jià)更低，且滿足應(yīng)力、穩(wěn)定的約束條件，得到的斷面安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理。蔡新等［54］基于試驗(yàn)提出的膠凝砂礫料本構(gòu)模型，采用多目標(biāo)優(yōu)化的思想，綜合考慮壩體的經(jīng)濟(jì)性、位移對(duì)水位變化的敏感性、整體抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)和整體強(qiáng)度安全系數(shù)，選取3種不同的權(quán)重系數(shù)組合進(jìn)行研究，優(yōu)選出最優(yōu)壩體斷面，為該壩型的設(shè)計(jì)研究和推廣應(yīng)用提供參考。明宇等［55］基于重力壩和面板堆石壩的特性，提供了一種依賴初值選取的優(yōu)化方法，對(duì)大壩進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)，其優(yōu)化壩體斷面可保證良好的安全穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性，且分析結(jié)果符合實(shí)際工程的一般規(guī)律。李晶［56］對(duì)膠凝砂礫石壩最優(yōu)斷面進(jìn)行研究，探討了膠凝砂礫石壩斷面與材料設(shè)計(jì)允許強(qiáng)度、壩高及基巖條件等因素的關(guān)系，提出了膠凝砂礫石壩最優(yōu)對(duì)稱斷面的適用范圍。

6 膠凝砂礫石壩施工技術(shù)研究

已完成的膠凝砂礫石壩工程大多參照碾壓混凝土壩的技術(shù)規(guī)范施工。在膠凝砂礫石壩施工前應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)，驗(yàn)證膠凝砂礫石設(shè)計(jì)配合比、施工工藝流程、施工系統(tǒng)和施工設(shè)備的適應(yīng)性，確定其施工工藝和參數(shù)。在拌和設(shè)備和工藝方面，日本先用分批拌和系統(tǒng)進(jìn)行膠凝砂礫石料的拌和，之后根據(jù)膠凝砂礫石料施工的要求，研制出連續(xù)拌和系統(tǒng)，生產(chǎn)能力大幅度提高，且砂礫石料與膠凝材料得以拌和均勻［37］；而國(guó)內(nèi)工程實(shí)踐是采用裝載機(jī)、反鏟挖掘機(jī)等設(shè)備進(jìn)行攪拌，雙臥軸強(qiáng)制連續(xù)式攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌［13］。碾壓也是保證膠凝砂礫石壩強(qiáng)度的重要手段，賈金生［57］指出碾壓厚度不應(yīng)小于最大石料粒徑的3倍，且碾壓層厚宜為400～600mm；振動(dòng)碾的行走速度需控制，碾壓方向需與水流垂直，還需根據(jù)季節(jié)、天氣條件及膠凝砂礫石的特性確定碾壓時(shí)間。層面處理方面，日本的Takashi等人結(jié)合Nagashima對(duì)4種不同的層面處理方式進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)不做處理的強(qiáng)度最低，不同層面處理對(duì)膠凝砂礫石壩的強(qiáng)度具有較大的影響［25］。結(jié)合上述研究成果并參照碾壓混凝土壩的技術(shù)規(guī)范，國(guó)內(nèi)雖然制訂了膠凝砂礫石壩施工的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)［58］，但專門針對(duì)膠凝砂礫石壩的施工工藝進(jìn)行的探討很少，且較為零碎，尚未形成系統(tǒng)成熟的施工工藝。

7 今后研究的方向

國(guó)內(nèi)外學(xué)者及工程師對(duì)膠凝砂礫石新壩型進(jìn)行了一些研究與實(shí)踐，但其筑壩材料特性、設(shè)計(jì)理論、計(jì)算方法、施工技術(shù)等方面的相關(guān)研究尚不成熟，有待進(jìn)一步研究。

a.膠凝砂礫石料力學(xué)特性試驗(yàn)與本構(gòu)模型研究。研究膠凝砂礫石料塑性變形特性，提出膠凝砂礫石料的破壞準(zhǔn)則、屈服函數(shù)、硬化規(guī)律，并在此基礎(chǔ)上建立合理、有效的膠凝砂礫石料彈塑性本構(gòu)模型；結(jié)合宏觀試驗(yàn)，對(duì)膠凝砂礫石料細(xì)觀的數(shù)值模擬，闡述膠凝砂礫石料的變形機(jī)制；條件允許的情況下，宜進(jìn)行膠凝砂礫石料的細(xì)觀試驗(yàn)研究。在專門動(dòng)力試驗(yàn)基礎(chǔ)上對(duì)膠凝砂礫石料的動(dòng)力強(qiáng)度指標(biāo)等進(jìn)行進(jìn)一步研究，為膠凝砂礫石壩的設(shè)計(jì)施工和抗震優(yōu)化提供判定準(zhǔn)則。

b.膠凝砂礫石料的耐久性。進(jìn)行膠凝砂礫石料室內(nèi)抗凍性能試驗(yàn)，探討提高其材料抗凍耐久性的方法、途徑和可行性；進(jìn)行絕熱溫升、比熱、導(dǎo)溫試驗(yàn)，為溫度場(chǎng)及應(yīng)力場(chǎng)仿真分析提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對(duì)膠凝砂礫石料在溫度變化及凍融影響下的耐久性進(jìn)行深入研究。通過(guò)三軸蠕變?cè)囼?yàn)，研究膠凝砂礫石料蠕變特性對(duì)耐久性的影響，建立宏觀變量之間的關(guān)系，同時(shí)通過(guò)宏觀、細(xì)觀多尺度分析，建立考慮蠕變特性的更合理的材料本構(gòu)模型。

c.膠凝砂礫石壩模型試驗(yàn)。選取典型工程，進(jìn)行離心模型試驗(yàn)、振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)及潰壩試驗(yàn)等試驗(yàn)研究，從而準(zhǔn)確把握膠凝砂礫石壩實(shí)際工程的工作狀態(tài)及承載能力。

d.膠凝砂礫石壩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)?；谒⒌哪z凝砂礫石料的彈塑性本構(gòu)模型及蠕變本構(gòu)模型，研究制定膠凝砂礫石壩合理的控制標(biāo)準(zhǔn)和剖面設(shè)計(jì)原則；分析膠凝砂礫石壩上、下游邊坡確定的控制條件，研究不同強(qiáng)度指標(biāo)下應(yīng)力、應(yīng)變控制標(biāo)準(zhǔn)和剖面設(shè)計(jì)原則，研究膠凝砂礫石壩上、下游邊坡確定的理論依據(jù)和計(jì)算方法；系統(tǒng)分析滲流、溫度、地基、抗凍等對(duì)膠凝砂礫石壩工作性態(tài)的影響。在此基礎(chǔ)上，提出防滲、地基加固、工程防凍、防裂要求的結(jié)構(gòu)或工程措施。

e.膠凝砂礫石壩施工技術(shù)研究。對(duì)膠凝砂礫石壩已有施工關(guān)鍵技術(shù)研究進(jìn)行完善，提出一套系統(tǒng)完整的膠凝砂礫石壩施工工藝。

f.其他方面的研究。結(jié)合實(shí)際工程的建設(shè)，進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)、反演分析等，校驗(yàn)結(jié)構(gòu)分析模型，確保建筑物的安全運(yùn)行。探討膠凝砂礫石筑壩技術(shù)作為農(nóng)村小水電土石壩破壞加固、修筑堤防的措施，甚至可嘗試應(yīng)用于高壩修筑與加固等研究。

8 結(jié) 語(yǔ)

膠凝砂礫石壩是一種具有很強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力的新壩型，國(guó)內(nèi)外對(duì)膠凝砂礫石壩的研究雖取得了一定的進(jìn)展，但也存在許多不足。隨著研究的不斷深入和人們對(duì)膠凝砂礫石壩這一新壩型認(rèn)識(shí)的提高，必將在我國(guó)水利建設(shè)中取得實(shí)質(zhì)性的推廣應(yīng)用，并產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

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Review of cement sand and gravel dams

CAI Xin1，2，YANG Jie1，GUO Xingwen2
（1.College of Water Conservancy and Hydropower Engineering，Hohai University，Nanjing 210098，China；2.College of Mechanics and Materials，Hohai University，Nanjing 210098，China）

The characteristics and development of cement sand and gravel（CSG）dams are reviewed，and several typical CSG dams around the world are described.Then，engineering properties of CSG material are described in detail，with a discussion of laboratory testing features，the constitutive model，and durability of CSG material.The workability of CSG dams is examined through static and dynamic structural analysis，temperature stress analysis，and stability analysis.Model tests，cross-sectional design，and construction technology of CSG dams are described.Some shortcomings of previous research are pointed out.Finally，some new directions for research on CSG dams and CSG material are suggested.

cement sand and gravel dam；cement sand and gravel material；engineering properties；structural analysis；review

TV321；TV649

A

1000-1980（2015）05-0431-011

10.3876／j.issn.1000-1980.2015.05.007

20150716

國(guó)家自然科學(xué)基金（51179061）；水利部土石壩破壞機(jī)理與防控技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金（YK913001）；“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃（2012BAD10B02）

蔡新（1964—），男，江蘇啟東人，教授，博士，主要從事力學(xué)教學(xué)和水工結(jié)構(gòu)工程研究。E-mail：xcai＠hhu.edu.cn.