1　筑坝材料静动力特性试验研究概述

采用室内试验与现场测试相结合的方法，正确测定覆盖层的工程特性，特别是覆盖层的计算参数，这是设计覆盖层上面板堆石坝的基础。

对覆盖层和坝体材料进行室内大型压缩、大型三轴剪切等试验，研究土体在不同应力状态下的静力压缩变形特性、剪胀（缩）性特性、应力应变关系及强度特性等，并确定静力本构模型计算参数。

（1）进行现场原位试验和室内试验。综合研究覆盖层的工程力学特性和计算参数：

1）进行现场旁压试验，确定覆盖层的旁压曲线、旁压模量、侧压力系数、承载力等原位工程力学指标。

2）综合现场原位试验和室内试验结果，采用旁压试验有限元反分析技术，确定覆盖层材料的邓肯—张E—B模型计算参数。

（2）坝基及坝体材料的动力特性室内试验研究。进行大型振动三轴等试验，研究坝基和坝体材料在不同应力状态下的动力变形特性、动强度特性、动力残余剪切变形及残余体积变形特性等，由此并确定动力本构模型计算参数。

（3）结合室内和现场试验确定覆盖层动力变形特性研究。通过室内试验和现场波速试验，综合确定覆盖层土体最大动剪切模量压力效应关系，为地震动力反应分析提供更为可靠的依据。

主要研究成果有以下几个方面：

1）改进和应用多道瞬态面波勘探测试技术并结合少量的钻孔测试结果，对河口村工程坝址区的深覆盖层进行了大面积的实地勘测，取得了反映工程地质分层的三个等速度剖面图和剪切波速剖面图，有效地对该坝址区的地层分布、界线和形态等进行了描述及划分，为进一步研究地基覆盖层的工程力学特性奠定了基础，并对过去以点代面的勘察方法进行了有意义的改进和探索。

2）对坝基砂砾石料及坝基中粗砂进行了大型饱和压缩试验，得到了各级荷载下坝基材料的压缩系数及压缩模量，为工程设计进行类比提供了依据。

3）为了考虑实际地层土体原位结构性及超粒径缩尺等效应的影响，提出了联合室内试验和现场旁压仪试验综合确定土的土体本构关系参数的方法，为研究深覆盖层粗粒料工程特性开辟了新的途径。对河口村工程坝基覆盖层砂砾石及中粗砂，分别进行了室内大型三轴压缩试验及现场旁压试验；以室内大型三轴试验结果为基础，采用阻尼最小二乘法非线性优化理论，对实测旁压曲线进行反演分析，综合确定了邓肯—张E—B模型计算参数，为进行坝体应力应变计算提供了更为可靠的依据。

4）对现场实测旁压曲线、室内试验参数计算的旁压曲线及采用反演参数计算的旁压曲线三者比较分析表明，室内试验参数计算曲线与现场实测曲线相差较大，反演分析结果较单纯室内试验所得结果更能反映实际情况。因此，联合进行室内试验和现场原位试验，研究地基覆盖层材料工程力学特性的工作是很必要的。

5）对坝体主堆石料、次堆石料、过渡料及下游堆石料等进行了干、湿两种状态下的大型压缩试验，得到了各级荷载下的压缩系数及压缩模量，可作为进行坝体类比设计及评价的依据。

6）对坝体主堆石料、次堆石料、过渡料等，按设计相对密度或设计孔隙率控制制样，采用混合法拟定试验模拟级配。进行了饱和固结排水大型三轴压缩试验，研究了各种坝料的剪切特性，测定了各种坝料的抗剪强度指标及邓肯—张模型参数，为进行坝体应力应变分析计算提供了可靠的依据。

7）对河口村面板坝坝基和坝体材料进行了全面的动力特性试验研究。

①坝体垫层料、过渡料位于混凝土面板下游，处于非饱和状态，且具有较高的密实度和良好的渗透性和边界排水条件，在遭遇地震的条件下，一般不会产生附加孔隙水压力，因此，也不会引起抗剪强度的降低。在进行坝体的抗震稳定性分析时，它们的动力抗剪强度可直接采用静力有效抗剪强度。

②通过动强度特性试验，给出了坝基砂卵石含砾中粗砂在饱和固结不排水状态下的地震总应力抗剪强度特性和动孔压特性，这些试验结果可作为进行抗震稳定性分析的基本依据。

③给出了垫层料、过渡石料、坝基砂砾石料和含砾中粗砂的最大动剪切模量与平均有效主应力的关系，动剪切模量比和阻尼比随动剪应变比的变化关系以及它们的数值化结果，可作为地震动力反应分析的基本依据。

④给出了坝体主堆石料、过渡料、坝基砂砾石料和含砾中粗砂的残余体应变、残余剪应变和残余轴应变的近似表达式和它们的参数值，可供进行地震永久变形分析采用。

8）对室内试验和现场波速试验（三种测试方法）获得的最大动剪切模量的压力效应试验成果进行了对比分析：

①对垫层料、过渡料而言，在较低压力下，按现场波速实验得出的压力效应关系曲线稍高于室内大型三轴试验，结合激光微小应变测试技术所获取的压力效应关系曲线；而在高压力情况下，两者则比较接近。

②对于砂性土来说，虽然测点有限，现场各种波速的测试结果基本上在室内共振试验得到的压力效应关系曲线上下跳动，但两者的分布趋势大体上是接近的。

③综合上述分析结果可以认为，室内试验所得到的最大动剪切模量压力效应关系曲线，可以作为依托工程地震动力反应分析的依据。