近年来,我国面板堆石坝建设水平居世界前列。面板堆石坝因其适应复杂气候和各种地形地质条件,并具有良好的抗震性能,还可广泛采用当地材料填筑,甚至通过分区优化充分利用开挖料,利于环境保护,节省工程投资和工期,因此发展迅猛。目前,我国针对峡谷区面板堆石坝坝体变形规律、面板开裂机理以及工程施工技术进行了较系统的总结分析研究,但没有系统研究狭窄河谷区面板坝变形规律,以及应对狭窄河谷面板坝变形采取的综合控制措施。本文针对狭窄河谷区面板坝,根据其复杂受力特征进行了一系列离散元试验,研究了颗粒材料宏细观变形机制,并采用考虑时间效应的接触面流变模型研究河谷形状对面板坝应力应变的影响,揭示了狭窄河谷区高面板坝坝体的多向拱效应及面板开裂渗漏风险。结合黔中水利枢纽面板堆石坝工程实践,研究了坝体与岸坡接触特性、多向拱效应、面板破坏机理及其分区、分缝和止水要求等,提出狭窄河谷地区面板坝变形控制方法,并采用动态稳定周边缝止水理念提出一种新型止水结构,以满足表层止水在大坝长期运行中自身的动态稳定性。主要研究内容有以下方面:1.采用离散元方法对颗粒材料复杂应力条件下宏观变形的细观机制进行研究。通过对颗粒材料进行等比例应变加载,发现密实颗粒材料在特定应变路径下存在发生分散性失稳的可能性;从细观层面分析配位数骤减,颗粒间接触力减小和各向异性的突变是颗粒体系发生分散性失稳的内因。真三轴条件下颗粒体系临界状态的颗粒间相互作用强度与中主应力系数相关,颗粒体系细观的各向异性演化规律能基本反映其宏观应力特征。常规三轴试验中不同围压条件下颗粒破碎对颗粒集合体宏细观力学特性的影响显著,破碎后的颗粒填充于颗粒间的孔隙,对试验材料的剪胀起到一定的抑制作用。2.建立不同河谷形状条件下的面板坝计算模型,采用考虑时间效应的接触面流变模型分析河谷形状对面板坝坝体及面板应力变形的影响。狭窄河谷中坝体存在多向拱效应,坝体和面板应力变形复杂,大坝堆石体在预沉降期内未达到坝体变形稳定状态,从而导致坝体变形迟缓增加面板开裂渗漏风险。对于非对称河谷情况,面板的位移分布不对称,缓坡侧面板的位移倾向于朝陡坡侧挤压,陡坡侧跟缓坡侧相比,两者的位移和应力变化梯度相反,前者相对较大而后者相对较小。在狭窄河谷面板堆石坝的设计、施工中,应进行合理的面板分缝分块并在周边缝附近设置特殊垫层区。3.针对狭窄河谷区面板坝的变形特征,提出狭窄河谷地区面板坝变形控制方法。由于狭窄河谷地形特点导致的坝体拱效应、坝体沉降特点复杂使面板开裂,面板可能发生较大的周边缝错动及沉陷变位等问题。狭窄河谷区面板堆石坝工程设计时,可通过处理坝基与岸坡、优化坝体分区与碾压施工、设置增模区的方式对混凝土面板坝的坝体进行变形控制。提出了自带支撑结构的新型表层止水结构,以满足表层止水在大坝长期运行中始终可以保证自身的动态稳定。4.对黔中水利枢纽工程中的平寨水库面板堆石坝进行筑坝料室内试验、大坝施工技术、面板堆石坝应力变形数值分析及变形控制措施等方面的研究分析。狭窄河谷黔中面板堆石坝坝体变形分布与坝体各区筑坝材料的变形特性密切相关,主要影响因素包括:坝体分区、各区填筑材料特性、填筑标准和填筑施工顺序等,此外,坝体变形受河谷地形地质条件影响。控制坝体与河谷岸坡之间的相对变形,可以达到减小坝体变形、改善面板应力变形以及面板周边缝位移的目的。介绍了大坝面板接缝表层止水一体化机械化施工和坝体填筑施工GPS智能压实系统控制新技术,并分别分析其优势、施工原则、技术要求等。