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水 利 学 报

２０２４年 ６月 ＳＨＵＩＬＩ ＸＵＥＢＡＯ 第 ５５卷 第 ６期

文章编号：０５５９ － ９３５０（２０２４）０６ － ０６８６ － １２

剪切大变形条件下心墙沥青混凝土渗透特性研究

何建新 １，２，３ ，李 豪 １，２ ，杨 武 １，２，３ ，刘 亮 １，２，３
（１．新疆农业大学 水利与土木工程学院，新疆 乌鲁木齐 ８３００５２；
２．新疆水利工程安全与水灾害防治重点实验室，新疆 乌鲁木齐 ８３００５２；
３．堤坝工程安全及灾害防治兵团重点实验室，新疆 乌鲁木齐 ８３００５２）

摘要：为研究心墙沥青混凝土在大剪切变形条件下的渗透特性，基于自主研发的三轴剪切轴向渗透试验系统，对
７０号、１１０号沥青混凝土开展了不同围压、渗透压组合的三轴剪切渗透试验，并提出了基于全局优化算法的沥青
混凝土渗透系数反演最优模型。试验结果表明：剪胀效应引起裂隙的张开与扩展，使沥青混凝土的渗透系数大幅
增加。低围压下，轴向应变从 ８％增加至 ３０％，渗透系数变化幅度可达 ２个数量级；应变状态和应变增量影响沥
青混凝土的渗透性，渗透系数随应变场的变化而改变。压密阶段，随轴向应变的增加，体积增量比为负值，渗透
系数减小。裂隙发育阶段，体积增量比为正值，渗透系数增大；围压对沥青混凝土的渗透性有显著影响。两种标
号沥青混凝土试样的防渗安全轴向应变阈值在低围压时较小，随着围压的增加呈递增趋势。当围压加载至 １．０ＭＰａ，
轴向应变增加至 ３０％后，沥青混凝土的渗透系数仍满足规范要求。
关键词：水工沥青混凝土；大剪切变形；渗透特性；轴向应变；反演模型
中图分类号：ＴＭ７３
文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０．１３２４３?ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｌｘｂ．２０２３０４９４
１ 研究背景

随着我国西部水电建设的快速发展，越来越多的山区高坝大库开始兴建 ［１ － ３］ ，可供选择的优良坝
址愈加稀缺。由于沥青混凝土的柔性大、防渗性能好、适应变形能力强，沥青混凝土心墙坝广泛应用
于自然环境恶劣的地区 ［４ － ７］ 。目前，沥青混凝土心墙坝建坝高度一般小于 １５０ｍ，可借鉴的工程建设
经验相对较多，如：冶勒水电站大坝（坝高 １２５ｍ，４００ｍ级超深厚覆盖层）；下坂地水库（覆盖层厚度
１５０ｍ，建设平均海拔 ３０５０ｍ，位于高海拔、高地震烈度区）。２０１７年去学水电站大坝建成，成为当
时世界最高沥青混凝土心墙坝，其坝高 １６４．２ｍ，心墙高 １３２．０ｍ，填补了国内超 １５０ｍ级沥青混凝土
心墙坝建设的空白，坝高已超出现行技术规范的适用范围。近年来，针对高沥青混凝土心墙坝的建设
取得了一些成果 ［８］ ，但尚未有在超深厚覆盖层上修建坝高超 １５０ｍ的同类工程可供参考 ［９］ 。沥青混凝
土心墙是大坝蓄水运行中最为主要的防渗结构 ［１０ － １１］ ，当涉及到应力应变、防渗性等问题时，仍以经验
为主，理论支持不足。因此，研究大剪切变形条件下沥青混凝土的渗透特性，分析沥青混凝土的宏观
剪胀行为特征及影响因素，对推动高沥青混凝土心墙坝的发展具有重要的意义。
［１２］
剪胀行为是指在剪切作用下产生的体积膨胀现象，颗粒材料尤为明显。Ｒｅｙｎｏｌｄｓ 最早通过试验
发现，在剪切变形过程中颗粒克服围压，在相邻粒子间跨越时，会使土体积变化。后来，Ｒｏｗｅ ［１３］ 采
用微观法进行研究，将剪切变形特性与体积应变相结合来描述应力剪胀性。沥青混凝土是由沥青胶浆
包裹的集料颗粒组成的一种颗粒增强复合材料，其剪胀变形比一般的颗粒材料更为复杂，Ｓｏｎｇ等 ［１４］

收稿日期：２０２３ － ０８ － １６；网络首发日期：２０２４ － ０６ － ２１
网络首发地址：ｈｔｔｐｓ：??ｋｎｓ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ?ｋｃｍｓ?ｄｅｔａｉｌ?１１．１８８２．ＴＶ．２０２４０６２０．１０１５．００４．ｈｔｍｌ
基金项目：新疆维吾尔自治区自然科学基金项目（２０２２Ｄ０１Ａ１９９，２０２１Ｄ０１Ａ１００）
作者简介：何建新（１９７３ － ），教授，博士生导师，主要从事水利工程岩土与材料研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｈｅｊｉａｎｘｉｎ＠ｘｊａｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
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