RM特高心墻堆石壩設計，充分借鑒了國內外300m級高心墻堆石壩設計建設經驗，圍繞特高心墻堆石壩的有關科學理論和關鍵技術問題，開展了全面、系統(tǒng)、深入的研究工作，取得了豐碩的研究成果，為工程建設奠定了扎實的技術基礎。防滲土料方面，引入了1m直徑的大口徑鉆探進行勘察取樣，有效地提高了近50m厚礫石土勘察取樣的效率和準確性，采用室內試驗和現場試驗等手段，揭示了工程寬級配礫石土料P5含量、細粒含量、黏粒含量與滲透性能和變形性能的規(guī)律，確立了防滲土料關鍵控制指標，提出了分層分區(qū)立采、不同質量料區(qū)摻混、篩分調整土料級配、攪拌機攪拌土料均勻、運料皮帶機加水、堆料機堆料悶制等防滲土料的改性工藝，并在現場進行了土料加工、碾壓等試驗，改性后土料各項性能指標都達到了設計要求。接觸土料方面，采用了3 種不同的剪切滲透試驗方法，論證了RM大壩細粒、黏粒含量偏低的接觸黏土料分區(qū)利用適應性和安全性問題，表明在大剪切變形條件下，黏粒含量15%～20%的接觸黏土料，其滲透穩(wěn)定性能滿足特高壩要求。堆石料方面，通過大量力學特性和特殊性能試驗，結合壩體變形協調研究，提出了復雜開挖料的分區(qū)利用控制指標，即巖石飽和抗壓強度小值平均值35MPa～40MPa時，用于壩體堆石料Ⅱ區(qū)，巖石飽和抗壓強度小值平均值40MPa以上時，用于壩體堆石料Ⅰ區(qū)，且壩體堆石料采用同一壓實標準控制。
全書共8章。第1章介紹國內外高心墻壩發(fā)展概況、設計建設關鍵技術、典型高心墻壩的運行狀況，從核心科學理論和關鍵工程技術等方面分析了RM壩面臨的技術挑戰(zhàn)。第2章介紹RM壩土料的勘察試驗研究情況，土料的防滲特性和變形性能，改性技術及其現場試驗驗證成果。第3章介紹了堆石料的特性、特殊性能試驗成果以及堆石料縮尺效應研究成果。第4章介紹RM壩設計技術方案，包括心墻結構、壩體建基面、壩體輪廓、壩體分區(qū)、筑壩材料、壩坡穩(wěn)定等內容。第5章介紹了壩體變形預測的理論方法、壩體變形協調與控制技術、壩體岸坡剪切變形模擬試驗、水力破壞評價與控制、壩體裂縫評價與防治等內容。第6章介紹了壩體滲流方面研究的最Z新成果。第7章介紹大壩抗震防震分析、試驗、抗震措施以及極限抗震能力方面的研究成果。第8章對研究成果進行了總結，提出下一步深入研究的方向。本項技術研究成果獲得2023年度中國大壩工程學會科技進步獎特等獎。本書由直接參與工程設計的中青年工程技術人員為主編著。
RM水電站位于西藏自治區(qū)芒康縣境內的瀾滄江上游河段，水庫正常蓄水位2895.0m，庫容38.00億m3，是瀾滄江上游水電開發(fā)的唯一龍頭水庫，是實現瀾滄江上游清潔能源基地水光互補建設的控制性工程。水庫大壩為礫石土心墻堆石壩，最大壩高315m，是世界上罕見的特高壩工程，在地質構造和地質背景十分復雜的西藏地區(qū)設計建設如此規(guī)模的高壩大庫，面臨著諸多重大技術挑戰(zhàn)，通過對壩料特性、大壩防滲安全性、變形適應性、堆石料縮尺效應、濕化流變、抗震安全等關鍵技術問題研究，提出了RM特高心墻堆石壩（以下全書簡稱RM壩）設計方案和技術措施，為該壩的建設奠定了堅實的基礎。心墻堆石壩具有就地取材、安全經濟以及適應性好等優(yōu)點，在世界水利水電工程中廣泛應用。心墻堆石壩在國際上最早建成了300m級高壩，并在特高壩工程中占有較高的比重。近年來，我國在交通條件差、外來運輸量大、自然條件惡劣等西部地區(qū)廣泛采用該壩型。雖然我國建成了糯扎渡（261.5m）、長河壩（240m）、兩河口（295m）等多座特高壩，在建的有雙江口（314m）特高壩，前蘇聯建成了300m的努列克壩，但心墻堆石壩仍是一種半經驗半理論的壩型。經過國內學者和工程師們的不懈努力，在試驗方法、本構模型、滲流控制、應力變形、水力破壞、防震抗震、施工工藝及質量控制等方面取得了豐富而卓有成效的研究成果，但其理論體系仍不能完全滿足高心墻堆石壩發(fā)展的需求。從已建工程運行情況來看，堆石料縮尺效應、壩體變形預測值與實測值相差較大、壩頂裂縫、高震區(qū)抗震防震安全等等仍是高壩需要深入研究并亟待解決的問題。RM電站處于高海拔高地震烈度的高山峽谷地區(qū)，工程具有地質條件復雜、施工條件惡劣、生態(tài)環(huán)境脆弱等顯著特點，天然防滲土料存在顯著質量缺陷，大壩設防烈度為Ⅸ度，大壩設計地震動峰值加速度0.44g，RM壩設計建設難度大。為此，在充分吸收國內外高心墻堆石壩的經驗基礎上，聯合國內眾多高等院校和科研院所，圍繞特高心墻需要深入研究和亟待解決的工程技術問題，開展了大量的室內外試驗和仿真分析等研究工作，RM特高心墻堆石壩作為依托工程，列入了國家十二五科技支撐計劃、國家十三五重點研發(fā)計劃、貴州省科技支撐計劃、中國電建集團、中國華能集團、中國華能瀾滄江股份有限公司等各層級的科技攻關項目，在礫石土料特性及其改性工藝、堆石料縮尺效應、特高堆石壩變形協調與控制、高震區(qū)高壩抗震安全與評價等方面，取得了豐富的研究成果。成果包括提出并現場驗證了藏區(qū)礫石土料的改性工藝，闡明了顆粒尺度對堆石料參數的影響機制及變化規(guī)律，建立了考慮濕化、流變和風化劣化影響的壩體變形控制指標，揭示了礫石土水力擊穿破壞形式及機理，預測了強震作用下高土石壩動力響應特性及破壞模式等等，可供同類工程設計借鑒和參考。全書共8章。第1章介紹國內外高心墻壩發(fā)展概況、設計建設關鍵技術、典型高心墻壩的運行狀況，從核心科學理論和關鍵工程技術等方面分析了RM壩面臨的技術挑戰(zhàn)。第2章介紹RM壩土料的勘察試驗研究情況，土料的防滲特性和變形性能，改性技術及其現場試驗驗證成果。第3章介紹了堆石料的特性、特殊性能試驗成果以及堆石料縮尺效應研究成果。第4章介紹RM壩設計技術方案，包括心墻結構、壩體建基面、壩體輪廓、壩體分區(qū)、筑壩材料、壩坡穩(wěn)定等內容。第5章介紹了壩體變形預測的理論方法、壩體變形協調與控制技術、壩體岸坡剪切變形模擬試驗、水力破壞評價與控制、壩體裂縫評價與防治等內容。第6章介紹了壩體滲流方面研究的最新成果。第7章介紹大壩抗震防震分析、試驗、抗震措施以及極限抗震能力方面的研究成果。第8章對研究成果進行了總結，提出下一步深入研究的方向。本書由直接參與工程設計的中青年工程技術人員為主編著。本書前言、第1章由湛正剛、慕洪友、周華執(zhí)筆；第2章由湛正剛、程瑞林、楊家修執(zhí)筆；第3章由湛正剛、韓朝軍、張合作執(zhí)筆；第4章程瑞林、慕洪友、楊家修執(zhí)筆；第5章由湛正剛、韓朝軍執(zhí)筆；第6章由慕洪友、程瑞林執(zhí)筆，第7章由韓朝軍、湛正剛執(zhí)筆，第8章由湛正剛、慕洪友、周華執(zhí)筆；由張合作、郭勇、吳述彧、王蒙、林金城、李鵬飛、敖大華、張勝等分別校稿；全書由湛正剛統(tǒng)稿，由韓朝軍統(tǒng)一編輯。RM壩技術成果，凝聚了我國水電水利工程界眾多專家學者的智慧，匯集了貴陽院各級領導以及全體參與過勘測設計技術人員的心血。馬洪琪院士、張宗亮院士、李文綱大師、楊澤艷大師、艾永平總工、余挺總工等專家組成的RM水電站特咨團專家組，全過程開展了工程大壩技術研究咨詢，提出了許多建設性的指導意見，RM水電站特咨團專家組組長馬洪琪院士親自為本書作序。清華大學、武漢大學、大連理工大學、河海大學、天津大學等高校，以及中國水利水電科學研究院、南京水利科學研究院、中國科學院力學研究所等科研單位在研究工作中給予了通力協作。水電水利規(guī)劃設計總院、華能瀾滄江水電股份有限公司、華能瀾滄江上游水電有限公司、中國電建集團昆明勘測設計研究院有限公司、中國水利水電第十二工程局有限公司等單位在研究工作中給予了大力支持。本書在撰寫過程中引用了部分參研單位的研究成果，參閱了與RM壩研究有關的科技文獻和資料，雖已列出，難免遺漏，謹此一并表示衷心的感謝！本項技術研究成果獲得2023年度中國大壩工程學會科技進步獎特等獎。隨著RM水電站工程建設的深入推進和工程技術的不斷發(fā)展，下一步尚需在大壩一體化性態(tài)預測方法及高性能智能動態(tài)反饋、庫水位變動條件下大壩長期運行安全、開挖料利用深化研究、大壩防滲土料施工措施、特高土石壩安全監(jiān)測、壩料填筑質量控制與快速檢測等方面的關鍵技術進行深入研究，以保障RM壩安全運行，歡迎業(yè)內專家學者提出寶貴的意見和建議。由于時間倉促、水平有限，書中存在錯誤在所難免，懇請讀者對本書的缺點和錯誤批評指正。作者2024年3月1日
湛正剛，正高級工程師，中國電建集團貴陽勘測設計研究院有限公司副總經理兼總工程師，是電力勘測設計行業(yè)設計大師、貴州省勘察設計大師和貴州省十層次人才，河海大學研究生基地博士生導師。在水利水電工程高堆石壩設計、特大型水工隧洞設計，峽谷地區(qū)泄洪消能，特高邊坡治理等方面有著較高的造詣和理論水平，工程設計和研究的豐富經歷和實踐經驗。,湛正剛，正高級工程師，中國電建集團貴陽勘測設計研究院有限公司水利水電工程院副院長
第一章 高心墻堆石壩技術進展及挑戰(zhàn) 1
1.1 高心墻堆石壩建設運行概況 1
1.1.1 國外高心墻堆石壩建設狀況 1
1.1.2 國內高心墻堆石壩建設狀況 2
1.1.3 高心墻堆石壩運行狀況 3
1.2 高心墻堆石壩主要技術進展 6
1.2.1 壩體分區(qū) 6
1.2.2 筑壩材料 11
1.2.3 滲透穩(wěn)定 16
1.2.4 變形穩(wěn)定 1718
1.2.5 壩坡穩(wěn)定 2122
1.2.6 抗震防震 2324
1.2.7 安全監(jiān)測 2527
1.2.8 壩料試驗 2628
1.2.9 土料改性 2830
1.3 RM壩技術發(fā)展與創(chuàng)新 2930
1.3.1 RM壩關鍵技術 2930
1.3.2 主要技術創(chuàng)新 3133
1.4 本章小結 3234
第二章 土料特性及改性技術 3336
2.1 土料勘察要求及試驗內容 3336
2.1.1 勘察要求 3336
2.1.2 試驗內容 3438
2.2 土料場勘察 3538
2.2.1 土料場選擇原則 3538
2.2.2 基本地質條件 3639
2.2.3 防滲土料勘察 3943
2.2.4 接觸土料勘察 4347
2.3 防滲土料試驗 4549
2.3.1 顆粒級配 4549
2.3.2 天然含水率與塑性指數 4752
2.3.3 分散性及化學分析 4853
2.3.4 膨脹、濕化、收縮特性 5155
2.3.5 擊實特性 5257
2.3.6 滲透特性 5358
2.3.7 強度特性 6065
2.3.8 固結剪切試驗 6569
2.3.9 靜力三軸試驗 6670
2.3.10 真三軸試驗 6873
2.3.11 等向固結試驗 7075
2.3.12 等應力比試驗 7277
2.3.13 復雜應力路徑 7681
2.3.14 流變、浸水變形試驗 7984
2.3.15 水力劈裂（擊穿）試驗 8288
2.3.16 動力試驗 8590
2.4 接觸土料試驗 8792
2.4.1 顆粒級配 8792
2.4.2 天然含水率與液塑性指數 8793
2.4.3 分散性 8893
2.4.4 礦物、化學試驗 8893
2.4.5 擊實、滲透、固結及三軸試驗 8994
2.4.6 大剪切變形條件下接觸黏土料與岸坡接觸面滲流特性 9095
2.5 防滲土料及接觸黏土料設計控制指標 9398
2.5.1 防滲土料 9398
2.5.2 接觸土料 98104
2.6 改性技術及現場試驗 101107
2.6.1 防滲土料加工工藝發(fā)展概述 101107
2.6.2 級配改善措施 105113
2.6.3 含水率改善措施 109117
2.6.4 現場試驗 112120
2.7 本章小結 123132
第三章 堆石料特性及縮尺效應 125134
3.1 概述 125134
3.2 堆石料源及利用原則 126135
3.2.1 料源概況 126135
3.2.2 物理力學性能試驗 126135
3.2.3 工程開挖料利用原則 128137
3.3 壩殼料級配與優(yōu)化 129138
3.3.1 設計級配擬定 129138
3.3.2 室內試驗級配 131140
3.3.3 極值干密度與小于5mm顆粒含量的關系 134144
3.3.4 基于分形維數法的堆石料級配研究 135145
3.3.5 室內試驗制樣標準 140150
3.4 靜力特性試驗 141151
3.4.1 干密度試驗 141151
3.4.2 大型側限壓縮試驗 142152
3.4.3 大型三軸試驗 143154
3.5 滲透特性試驗 149160
3.5.1 滲透變形試驗 149160
3.5.2 反濾試驗 150161
3.6 堆石料特殊性能試驗 151162
3.6.1 濕化試驗 151162
3.6.2 流變試驗 157168
3.6.3 風化劣化試驗 163174
3.6.4 循環(huán)加卸載試驗 165176
3.6.5 復雜應力路徑試驗 166177
3.6.6 接觸面特性試驗 170181
3.6.7 動力特性試驗 171183
3.7 堆石料縮尺效應研究 181192
3.7.1 室內超大三軸試驗 181192
3.7.2 數值試驗 184196
3.7.3 已建工程反演分析 192204
3.7.4 原級配堆石料力學參數推求方法 198210
3.8 本章小結 202214
第四章 RM壩設計技術方案 205218
4.1 概述 205218
4.2 心墻型式及輪廓比較研究 206219
4.2.1 心墻型式比選 206219
4.2.2 心墻輪廓比選 216232
4.3 心墻建基面選擇 220236
4.3.1 河床建基面 220236
4.3.2 岸坡建基面 223239
4.4 壩體輪廓比較研究 226243
4.4.1 壩坡和壩頂寬度對壩坡穩(wěn)定影響分析 226243
4.4.2 壩體輪廓設計參數擬定 229246
4.5 堆石料分區(qū)研究 230247
4.5.1 壩料分區(qū)原則 230247
4.5.2 壩料分區(qū)方案擬定 235249
4.5.3 方案比較 237251
4.4.4 反濾層及過渡層設計 240254
4.5.5 上、下游護坡 241255
4.6 筑壩材料設計 241256
4.6.1 防滲土料 241256
4.6.2 接觸土料 242257
4.6.3 反濾料 243257
4.6.4 過渡料 245260
4.6.5 堆石料 246261
4.6.6 上、下游壓重填筑料 247262
4.6.7 壩料填筑標準及設計指標 247263
4.7 壩坡穩(wěn)定分析 248264
4.7.1 分析方法 248264
4.7.2 剛體極限平衡法 249264
4.7.3 有限元強度折減法 251267
4.7.4 可靠度法 253269
4.8 壩基處理 254270
4.8.1 壩基地質條件 254270
4.8.2 壩基開挖 256272
4.8.3 壩基處理 257273
4.8.4 防滲處理 257273
4.9 本章小結 263279
第五章 壩體變形預測與控制技術 265281
5.1 概述 265281
5.2 壩體變形預測理論方法 266282
5.2.1 本構模型 266282
5.2.2 滲流固結有限元法 287304
5.2.3 濕化計算方法 301319
5.2.4 流變計算方法 303322
5.2.5 堆殼風化劣化計算方法 313332
5.3 心墻變形控制 317337
5.3.1 工程經驗 317337
5.3.2 P5含量的影響 318338
5.3.3 級配離散性的影響 319339
5.3.4 心墻固結的影響 320341
5.4 心墻與壩殼變形協調控制 321341
5.5 心墻與岸坡剪切變形控制 326346
5.5.1 工程經驗 326347
5.5.2 心墻建基面型式的影響 330351
5.5.3 接觸黏土區(qū)剪切變形規(guī)律 333354
5.5.4 心墻與岸坡界面應力傳遞規(guī)律 337358
5.5.5 心墻與岸坡接觸剪切離心機模型試驗 339360
5.6 水庫蓄泄水控制 343365
5.6.1 初次蓄水 344365
5.6.2 常規(guī)放空 347369
5.6.3 應急放空 348371
5.6.4 水庫蓄泄水速率控制指標 349372
5.7 大壩變形演化規(guī)律及控制指標 351374
5.7.1 壩體應力變形一般規(guī)律 351374
5.7.2 壩體總變形量 354377
5.7.3 后期變形 355379
5.7.4 大壩變形控制指標 357380
5.8 大壩靜力離心機模型試驗 357380
5.8.1 試驗方案 357380
5.8.2 試驗結果與分析 360383
5.9 心墻水力破壞評價方法及防治措施 368391
5.9.1 心墻水力劈裂判別方法 369392
5.9.2 礫石土心墻水力擊穿模擬方法 371395
5.9.3 有限元-無單元耦合模擬方法 375399
5.9.4 基于內聚力模型的水力劈裂模擬方法 378402
5.9.5 心墻水力破壞防治措施 379403
5.10 壩體裂縫預測方法及防治措施 381405
5.10.1 心墻壩裂縫工程實例 382406
5.10.2 變形傾度有限元法 384409
5.10.3 壩體張拉裂縫有限元-無單元耦合法 387412
5.10.4 壩頂開裂擴展連續(xù)-離散耦合法 391416
5.10.5 壩體裂縫防治措施 395420
5.11 本章小結 396422
第六章 壩體滲流穩(wěn)定分析 401427
6.1 概述 401427
6.2 壩體及壩基防滲體系構建 401427
6.3 反濾層設計控制方法及反濾試驗研究 406432
6.3.1反濾層設計控制方法 406432
6.3.2 反濾試驗研究 410436
6.4 心墻裂縫愈合研究 411437
6.4.1 心墻裂縫愈合試驗研究 411437
6.4.2 裂縫形狀和大小對愈合效果的影響 413439
6.5 大剪切變形條件心墻與岸坡接觸面抗?jié)B性能研究 420447
6.5.1 研究背景 420447
6.5.2 直剪滲透試驗研究 422449
6.5.3 三軸剪切滲流試驗研究 424452
6.5.4 旋轉連續(xù)剪切滲流試驗研究 427455
6.6 壩體及壩基滲流分析 432460
6.6.1 主要分析內容 432460
6.6.2 滲流控制基本標準 432460
6.6.3 天然滲流場反演計算及模型率定 433461
6.6.4 二維穩(wěn)定滲流分析 435464
6.6.5 三維穩(wěn)定滲流分析 437466
6.6.6 壩體非穩(wěn)定滲流分析 440470
6.6.7 壩體及壩基滲透系數敏感性分析 446476
6.6.8 防滲系統(tǒng)隨機缺陷條件下三維穩(wěn)定滲流場計算 448479
6.7 本章小結 453484
第七章 抗震防震關鍵技術 455487
7.1 概述 455487
7.2 動力本構模型 456488
7.2.1 等價黏彈性動力分析方法 456488
7.2.2 真非線性動力本構模型 458490
7.2.3 靜動力統(tǒng)一彈塑性本構模型 462494
7.3 地震動輸入 474506
7.3.1 復雜壩基巖體地震波傳播特性 475507
7.3.2 非一致性地震波動輸入法 479511
7.3.3 大壩頻譜特性及濾波效應 481513
7.4 大壩動力響應及抗震穩(wěn)定性數值模擬 483516
7.4.1 地震動參數 483516
7.4.2 計算條件 491523
7.4.3 大壩加速度反應 492524
7.4.4 地震永久變形 495528
7.4.5 壩坡抗震穩(wěn)定性 496529
7.4.6 心墻動強度及反濾層液化分析 498531
7.4.7 接觸黏土靜動應力變形 503536
7.4.8 大壩抗震計算成果 505537
7.4.9 與同類工程的比較 510542
7.5 大壩整體離心機振動臺模型試驗 511544
7.5.1 心墻堆石壩震害經驗 511544
7.5.2 BK組試驗成果 512545
7.5.3 NK組試驗成果 517549
7.6 心墻與岸坡接觸剪切離心機振動臺模型試驗 523556
7.7 大壩抗震措施及加固效果研究 527559
7.7.1 工程抗震措施經驗 527559
7.7.2 RM大壩設計抗震措施 532565
7.7.3 壩頂抗震加固效果研究 536570
7.8 大壩抗震評價方法及極限抗震能力 552587
7.9 本章小結 554589
第八章 結論與展望 558594
8.1 結論 558594
8.1.1 防滲土料 558594
8.1.2 接觸土料 558595
8.1.3 壩殼堆石料 559595
8.1.4 壩體分區(qū) 559596
8.1.5 變形預測與變形試驗 560596
8.1.6 變形協調與控制 561598
8.1.7 水力破壞評價及防護 563600
8.1.8 壩體開裂評價與防治 563600
8.1.9 滲流與滲透穩(wěn)定 563600
8.1.10 抗震防震 564601
8.2 展望 566604
參考文獻 569607
書單推薦
