胶凝砂砾石坝作为一种新坝型,具有造价低,骨料选取范围广,对环境影响小,施工高效等特点,在我国水利工程中有较好的应用前景。为了探究胶凝砂砾石坝运行安全机制,国内外进行了大量的胶凝砂砾石坝模型试验,但关于胶凝砂砾石坝模型试验大多针对胶凝砂砾石坝的坝体或坝基某一特性进行研究,对于胶凝砂砾石坝坝体与坝基整体稳定性研究及坝体剖面形式的研究较少。特别是对拥有不同坝坡比例的坝体,坝体在荷载作用下的稳定、沉降、破坏等问题研究较为匮乏,仍需进一步探究。本文根据胶凝砂砾石坝地基资料,以我国永久性胶凝砂砾石坝—守口堡大坝为研究对象,对坝体剖面设计不同剖面形式进行分析计算;通过抗滑稳定计算大坝剖面形式经验范围,再利用拓扑优化理论进行优化分析,进一步缩小优化范围,最后利用响应面法权重优化得到后续研究典型剖面形式;在此基础上,按照最优剖面形式进行胶凝砂砾石坝模型试验和有限元数值模拟计算,通过相似关系将坝体、坝基相互联系建立物理模型并利用超载法对模型进行破坏试验,得到破坏过程中的位移特征、应力分布以及破坏形态,并与有限元数值模拟结果进行对比分析,为胶凝砂砾石坝的坝体剖面设计提供理论依据。本文主要研究内容如下所示:（1）以守口堡胶凝砂砾石坝作为研究对象,根据其工程实际运行情况进行抗滑稳定分析,得到大坝剖面形式设计经验范围为1:0.6～1:0.8,对坝体进行结构拓扑优化得到优化剖面设计范围为1:0.57～1:0.65,利用响应面法对拓扑优化结果进行权重分析得到典型剖面,即典型剖面Ⅰ:坝高60m,坝顶宽度6m,底宽78m,坡比1:0.6;典型剖面Ⅱ:坝高60m,坝顶宽度6m,底宽84m,坡比1:0.65,为后续胶凝砂砾石坝剖面形式设计研究提供研究对象。（2）通过三轴材料剪切试验、轴向侧压试验等方式确定坝体、坝基、材料配比,根据现代制作工艺进行加工制作,完善胶凝砂砾石坝物理模型试验材料配比研究。布设位移计、应力计等测量设备,设置液压泵等加载设备,建立完善的水工物理模型,继而进行超载法水工物理模型试验研究。通过加压设备对模型进行超载试验,根据超载过程中各个测量点反馈的位移变化确定坝体和坝基的破坏过程、破坏形态、破坏特征,得到不同剖面形式下胶凝砂砾石坝的超载安全度（模型发生破坏时的安全系数）,最终综合水工物理模型试验中所得到的位移、应变变化趋势,分析集中应力位置和模型破坏情况得出:典型剖面Ⅰ的超载安全度Kp=6.8,典型剖面Ⅱ的超载安全度Kp=7.2,分析证明典型剖面Ⅱ比典型剖面Ⅰ拥有更高的安全性,验证了剖面形式优化设计典型剖面的安全度,为胶凝砂砾石坝剖面形式设计提供依据。（3）利用有限元软件对守口堡大坝实际工程进行建模数值模拟,附加实际工程的材料物理力学参数、荷载、边界条件,利用超载法模拟大坝典型剖面形式下的应力、应变状态,有限元计算结果表明:有限元与水工物理模型试验的破坏过程、破坏形态、应力应变规律、分析结论一致,同时得到了典型研究剖面形式的大坝坝基集中应力的分布规律。有限元分析不仅证明了水工物理模型试验的有效性,也补充完善了试验的完整性,验证本次胶凝砂砾石坝剖面形式优化的合理性。