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胶凝砂砾石坝(Cemented Sand and Gravel Dam),简称CSG坝,是一种介于重力坝与土石坝之间的新型坝,采用坝趾开挖弃料,并掺入适量胶凝材料,经搅拌振捣碾压而成。CSG坝强调“宜材适构”的设计理念,在现如今追求环保绿色的大形势下,其安全性高、绿色环保等特性逐渐凸显出来。目前,国际上,如日本、土耳其等国早已应用于工程实践,国内正处于研发初期,应用前景明朗。随着CSG坝不断发展与应用,研究各因素条件下CSG坝应力状态和稳定特性的变化规律,明确筑坝材料与体型和结构之间的关系尤为重要,值得深入探讨。鉴此,本文采用有限元法,运用大型商业软件ABAQUS,对比重力坝,了解CSG坝受力状态,并考虑了多种影响因素条件下CSG坝的结构特性及抗滑稳定性,具体研究了坝高、坡比、材料特性等因素对坝体的影响规律。经计算分析得出以下结论:(1)CSG坝全断面受压,应力水平较低且分布均匀,可充分发挥胶凝砂砾石材料的强度特性;当水库水位由空库向满库过渡时,坝体应力与稳定性变化相对较小,对变化荷载有较强的适应能力;其初期的破坏形态与重力坝的相似,即坝踵处先屈服,但是在破坏后期,CSG坝的坝基面或碾压层面会与坝趾形成贯通屈服通道,导致整体失稳。(2)受筑坝材料强度限制,CSG坝坝高不宜高于140m,但是可通过坝体材料分区,提高筑坝材料强度来解决该问题;针对坝体应力,减缓坡比可改善坝体整体受力,通过本文计算,上游坡比为0.6时,坝体竖向应力状态最佳,且下游坝坡对主压应力影响较大,取值在0.6～0.8范围内适宜。(3)百米级以上的CSG坝,其稳定性急剧降低,但可通过减缓上下游坝坡来提高稳定性,针对70m以上的CSG坝,上游坡比应缓于0.5;经计算,超载降强系数K4普遍大于抗滑稳定系数K1,二者比值为0.8,可将其定为K4打折系数,转换后可利用材料力学法进行稳定判定。针对扬压力与渗透水压力而言,CSG坝坝基面上防渗帷幕与排水设施失效后会危机坝体安全性,但碾压层面防渗面板与排水孔失效后,仍然可在一定时期内保证坝体安全性。(4)坝体与层面材料参数中,弹性模量对坝体应力有影响,层面材料黏聚力对坝体稳定性影响较大;经计算,本体材料弹模建议在6～10Gpa为宜,层面材料弹模宜高于6GPa,偏低对层面应力不利,应接近于本体材料弹模值,层面材料黏聚力宜高于0.4MPa。因此,在施工过程中,可适当提高坝踵处黏聚力及坝趾处摩擦系数,以改善坝体整体受力及稳定性。