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在三轴剪切过程中发现，沥青混凝土的体积应变呈先收缩后膨胀的趋势，并且当围压约束越低时，产
生的裂纹越明显。也有学者针对水工沥青混凝土的渗透性进行了研究，Ｈ?ＥＧ等 ［１５］ 认为心墙沥青混凝
土在剪切变形条件下会产生明显的体积膨胀，这将导致渗透性增加。挪威土工研究院曾在三轴试样剪切
破坏区中钻芯取样开展渗透试验，发现试样剪切体积膨胀时，渗透系数急剧上升 ［１６］ 。心墙底部与混凝土
基座的接触面，存在剪切变形比较大的区域，若心墙产生剪切微裂缝，蓄水期在高压水头的作用下，裂
隙势必会有贯通发展的趋势，这将威胁大坝的渗透安全。虽然已有研究成果表明沥青混凝土心墙坝在复
杂环境下施工可行 ［１７ － ２０］ ，但针对大剪切变形条件、高水头作用下的心墙沥青混凝土渗透特性研究较少。
为研究大剪切变形条件下心墙沥青混凝土的渗透特性，阐明沥青混凝土渗透系数的演化规律与影
响机制，本文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，归纳得出三轴剪切渗透过程中防渗失效点对应的轴向应变。最
后提出基于全局优化算法的沥青混凝土渗透系数反演最优模型，并对比试验结果评价了模型的可靠
性，可为心墙渗流安全评价提供科学依据。

２ 三轴剪切渗透试验

２．１ 试样制备 按现行试验方法 ［２１］ 成型沥青混凝土试样，试验所用配合比的设计参数为：填料用量
１２％、级配指数 ０．４、沥青用量 ７．５％，各级材料用量详见表 １。成型后的试件尺寸为 Ф １００ｍｍ × ２００ｍｍ，
两种标号沥青混凝土试件马歇尔稳定度、流值和孔隙率试验结果见表 ２。为了准确测定剪切条件下沥
青混凝土的渗透系数，在试样的上部和下部各预置了直径为 ３０ｍｍ，高度为 ６０ｍｍ的孔洞，孔洞中间
由粒径 １．１８～２．３６ｍｍ的天然砂密实填充。

表 １ 试验配合比及各材料用量

各粒径矿料用量?％
原材料种类 沥青用量?％
１９～１６ｍｍ ＜１６～１３．２ｍｍ ＜１３．２～９．５ｍｍ ＜９．５～４．７５ｍｍ ＜４．７５～２．３６ｍｍ ＜２．３６～０．０７５ｍｍ ＜０．０７５ｍｍ
试验配合比 ６．６ ６．８ １０．５ １８．２ １５．９ ３０．０ １２．０ ７．５

表 ２ 不同标号沥青混凝土马歇尔试验结果
３
３
试验组号 沥青标号 实测密度?（ｇ?ｃｍ ） 理论最大密度?（ｇ?ｃｍ ） 孔隙率?％ 稳定度?ｋＮ 流值× ０．１?ｍｍ 试验温度?℃
１ ７０ 号 ２．３９０ ２．４１２ ０．９１ １０．１１ ８．０５ ４０
２ ７０号 ２．３８４ ２．４１２ １．１６ ９．５７ ７．７３ ４０

３ ７０号 ２．３８６ ２．４１２ １．１２ ９．６５ ７．６３ ４０
平均值 ２．３８７ ２．４１２ １．０６ ９．７８ ７．８０ ４０
４ １１０ 号 ２．３９３ ２．４１３ ０．８３ ８．５９ ９．０２ ４０
５ １１０ 号 ２．３８７ ２．４１３ １．０８ ８．１９ ８．８４ ４０

６ １１０ 号 ２．３８８ ２．４１３ １．０４ ８．２６ ８．６２ ４０
平均值 ２．３８９ ２．４１３ ０．９８ ８．３５ ８．８３ ４０

２．２ 试验设备 试验所用装置为 ＴＫＡ全自动三轴试验系统，由围压体积控制器、反压体积控制器、
全自动三轴压力室等部分组成，具有位移、轴压等传感器以及数据采集储存装置，可实现试验过程中
各参量的实时监测。试验系统可施加最大轴力 ６０ｋＮ，围压加载范围为 ０～２．５ＭＰａ，渗透压力加载范
围为 ０～２．５ＭＰａ，最大轴向位移 １００ｍｍ，如图 １所示。采用反压体积控制器与下部孔洞相连，施加渗
透压力，保证作用水头恒定。压力室与外部体积控制器连接，直接测量体积应变，为避免压力室结构
变形对体积应变量测产生影响，在压力室外壁加装多道卡箍。

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