1.3　國內(nèi)膠凝砂礫石壩發(fā)展?fàn)顩r

我國的膠凝砂礫石筑壩技術(shù)研究始于20世紀(jì)90年代，武漢大學(xué)、華北水利水電大學(xué)、中國水利水電科學(xué)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(xué)性能、耐久性、本構(gòu)模型、壩體剖面形式等方面進(jìn)行了廣泛探討。2004年，中國水利水電科學(xué)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(dǎo)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(jì)90年代，武漢水利電力大學(xué)唐新軍等在天然級配砂石料中摻入少量膠凝材料進(jìn)行基本力學(xué)性能試驗，研究發(fā)現(xiàn)：材料抗壓強(qiáng)度受細(xì)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(yuǎn)高于普通堆石料；粉煤灰有利于改善其硬化后的力學(xué)性能，可節(jié)省水泥的用量。

1995年，華北水利水電學(xué)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(qiáng)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(qiáng)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(xué)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(qiáng)度值達(dá)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(qiáng)度有一定的提高。

2006年，武漢大學(xué)何蘊(yùn)龍等進(jìn)行了關(guān)于Hardfill壩理論問題的研究，通過進(jìn)行各種配合比設(shè)計試驗，分析了影響Hardfill材料強(qiáng)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(qiáng)度有明顯影響，其中水膠比對材料強(qiáng)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(xué)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(jìn)行了三軸剪切排水試驗，結(jié)果表明這種材料的應(yīng)力應(yīng)變曲線具有明顯的非線性及軟化特征。

2010年，河海大學(xué)蔡新等在完成材料的抗壓、抗折試驗之外，進(jìn)行了三軸試驗，研究了膠凝砂礫石材料的破壞強(qiáng)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(yīng)力狀態(tài)之間的關(guān)系。

2011年，中國科學(xué)院力學(xué)研究所吳夢喜等對不同齡期的膠凝砂礫石進(jìn)行了三軸試驗研究，進(jìn)一步揭示了材料的強(qiáng)度和應(yīng)力應(yīng)變特征。

2013年，中國水利水電科學(xué)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(qiáng)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(jìn)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(xué)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(xué)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(rèn)為膠凝砂礫石的應(yīng)力應(yīng)變曲線經(jīng)過適當(dāng)?shù)奶幚恚渑c堆石料的應(yīng)力應(yīng)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(xué)何蘊(yùn)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(xué)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(yīng)力應(yīng)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(yīng)力應(yīng)變特性的本構(gòu)模型。

2011年，中國科學(xué)院力學(xué)研究所吳夢喜等在對不同齡期的膠凝砂礫石進(jìn)行三軸試驗研究的基礎(chǔ)上，提出了基于應(yīng)變一致假定的二元并聯(lián)概念模型，該模型既能描述膠凝砂礫石應(yīng)力應(yīng)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(xué)院孫明權(quán)針對E-ν模型的缺點對膠凝砂礫石料進(jìn)行了K-G模型的適用性探討，并對該模型的應(yīng)力應(yīng)變理論預(yù)測曲線和試驗曲線進(jìn)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(rèn)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(xué)者在膠凝砂礫石壩結(jié)構(gòu)靜動力分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了一些斷面優(yōu)化設(shè)計研究。

2005年，武漢大學(xué)何蘊(yùn)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(xué)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(yīng)力應(yīng)變關(guān)系、抗剪強(qiáng)度指標(biāo)和相應(yīng)的殘余強(qiáng)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(xué)研究院賈金生等對膠凝砂礫石壩最優(yōu)斷面進(jìn)行了研究，探討了膠凝砂礫石斷面與材料設(shè)計允許強(qiáng)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。