土石坝(包括堆石坝)和混凝土坝(包括碾压混凝土坝)是国内外最主要的两种坝型。从材料特点看,堆石坝为散粒体材料筑坝,混凝土坝为固结体材料筑坝,两者之间如有过渡材料筑坝则能完善坝工材料体系。胶凝砂砾石是利用少量的胶凝材料和砂砾石料,经拌和、摊铺、振动碾压形成的具有一定强度和抗剪性能的材料。胶凝砂砾石坝介于堆石坝和混凝土坝之间。胶凝砂砾石筑坝的主要理念是充分利用工程现场的材料,充分利用快速方便的施工上艺工法,以“宜材适构”、“宜法适构”的指导思想,力求少弃料筑坝。胶凝砂砾石坝作为一种新坝型,在国外虽有不少工程应用,但仍有诸多问题急待解决,尤其要推广应用到我国永久工程。本文针对胶凝砂砾石配合比设计方法、大尺寸全级配试件力学和耐久性能,特别是长期持压下渗透溶蚀机理以及工程应用等方面进行了深入研究工作,有关成果已纳入水利部《胶结颗粒料筑坝技术导则》编订的核心内容,主要研究内容和成果如下：(1)完善了胶凝砂砾石配合比设计方法和体系提出以最细级配和平均级配砂砾石料的胶凝砂砾石强度满足“双级配双重强度规定原则”,及考虑保证率和强度标准差的配合比设计方法体系,从而控制离散的胶凝砂砾石强度满足上程设计要求。基于理想级配的富勒曲线,提出表征砂砾石料与富勒曲线接近程度的相似度系数,即砂砾石料分级相似度系数公式平均相似度系数公式、整体平均相似度系数公式以及相似度系数标准差等,量化了工程现场不同砂砾石料级配的变化状况,可从砂砾石料级配的离散程度初步预估胶凝砂砾石强度的离散程度。(2)研究了有关因素对胶凝砂砾石配合比及强度等参数的影响通过较为全面和系统的试验研究,分析了水胶比、水泥用量、粉煤灰掺量、砂率、含泥量等配合比参数对胶凝砂砾石强度的影响关系,提出了胶凝砂砾石配合比参数的推荐范围。研究结果表明,砂率大于30%以后,胶凝砂砾石强度显著下降；随着水灰比的变化,强度有拐点现象,但总体上水灰比仍然是影响强度的关键因素。砂中含泥量在28%以内，对强度的影响不大。(3)提出胶凝砂砾石对最大骨料粒径放宽至150mm并进行了力学性能试验研究将胶凝砂砾石永久工程的最大骨料粒径放宽到150mm,测试了包括大尺寸全级配胶凝砂砾石和其他不同试件尺寸的胶凝砂砾石抗压强度区别,研究分析其关系。边长450mm立方体全级配试件抗压强度约为150mm湿筛标准试件的83%。利用湿筛标准试件进行胶凝砂砾石配合比强度试验仍然可行,但对于配合比控制范围的关键节点,如最细级配砂砾石料和平均级配砂砾石料的胶凝砂砾石的最低强度应进行全级配大尺寸试验,以校对大小试件的强度比值。开展了胶凝砂砾石徐变、自生体积变形和抗冲磨性能,以及抗剪断性能等的试验研究。试验发现如不掺用缓凝型外加剂,即使层面间隔4个小时,直接铺筑的胶凝砂砾石层面抗剪强度也下降40%以上。胶凝砂砾石虽然强度低,但仍具有一定抗冲磨强度,不会发生受冲即溃散的现象。(4)研究了全级配胶凝砂砾石渗透溶蚀性能、机理,进行了抗气冻、水冻试验涉及胶凝砂砾石渗透溶蚀的已有研究成果都基于湿筛小试件,与实际级配不符。本文进行的全级配胶凝砂砾石渗透溶蚀试验,其大骨料更反映工程现状,且骨料和尺寸对渗透和溶蚀等具有影响效应。试验表明持压近1年半,Ca2+溶出量已极少,趋于停滞。采用微观分析手段等从机理上探究溶蚀规律,揭示出经长龄期养护后的胶凝砂砾石具备较好的抗Ca2+溶出能力。进行了胶凝砂砾石气冻试验,采用了新的与日本不同的气冻模式,试验对比了不掺引气剂,掺引气剂的胶凝砂砾石抗水冻、气冻的性能,试验表明胶凝砂砾石具有一定的抗气冻能力,可应用在坝体水位上部。(5)提出了永久工程的材料配合比,并研发了新型保护层材料本文针对将要建设的山西守口堡胶凝砂砾石大坝的实际需求,采用工程现场材料,通过系统试验研究,提出了适合工程设计要求的坝体材料配合比,被工程采纳。针对胶凝砂砾石坝特色特点,研发了成本经济、便于施工的保护层材料,即变态胶凝砂砾石和富浆胶凝砂砾石。(6)探索了采用弹性波测试技术检测筑坝材料的性能测试发现弹性波测试波速与胶凝砂砾石强度具有明显的指数关系、弹性波测试波速与胶凝砂砾石动弹性模量也有较好的对应关系,为继续探索弹性波测试技术应用于胶凝砂砾石坝体材料质量、耐久性检测提供了思路和数据基础。