RM特高心墙堆石坝设计，充分借鉴了国内外300m级高心墙堆石坝设计建设经验，围绕特高心墙堆石坝的有关科学理论和关键技术问题，开展了全面、系统、深入的研究工作，取得了丰硕的研究成果，为工程建设奠定了扎实的技术基础。防渗土料方面，引入了1m直径的大口径钻探进行勘察取样，有效地提高了近50m厚砾石土勘察取样的效率和准确性，采用室内试验和现场试验等手段，揭示了工程宽级配砾石土料P5含量、细粒含量、黏粒含量与渗透性能和变形性能的规律，确立了防渗土料关键控制指标，提出了分层分区立采、不同质量料区掺混、筛分调整土料级配、搅拌机搅拌土料均匀、运料皮带机加水、堆料机堆料闷制等防渗土料的改性工艺，并在现场进行了土料加工、碾压等试验，改性后土料各项性能指标都达到了设计要求。接触土料方面，采用了3 种不同的剪切渗透试验方法，论证了RM大坝细粒、黏粒含量偏低的接触黏土料分区利用适应性和安全性问题，表明在大剪切变形条件下，黏粒含量15%～20%的接触黏土料，其渗透稳定性能满足特高坝要求。堆石料方面，通过大量力学特性和特殊性能试验，结合坝体变形协调研究，提出了复杂开挖料的分区利用控制指标，即岩石饱和抗压强度小值平均值35MPa～40MPa时，用于坝体堆石料Ⅱ区，岩石饱和抗压强度小值平均值40MPa以上时，用于坝体堆石料Ⅰ区，且坝体堆石料采用同一压实标准控制。
全书共8章。第1章介绍国内外高心墙坝发展概况、设计建设关键技术、典型高心墙坝的运行状况，从核心科学理论和关键工程技术等方面分析了RM坝面临的技术挑战。第2章介绍RM坝土料的勘察试验研究情况，土料的防渗特性和变形性能，改性技术及其现场试验验证成果。第3章介绍了堆石料的特性、特殊性能试验成果以及堆石料缩尺效应研究成果。第4章介绍RM坝设计技术方案，包括心墙结构、坝体建基面、坝体轮廓、坝体分区、筑坝材料、坝坡稳定等内容。第5章介绍了坝体变形预测的理论方法、坝体变形协调与控制技术、坝体岸坡剪切变形模拟试验、水力破坏评价与控制、坝体裂缝评价与防治等内容。第6章介绍了坝体渗流方面研究的最Z新成果。第7章介绍大坝抗震防震分析、试验、抗震措施以及极限抗震能力方面的研究成果。第8章对研究成果进行了总结，提出下一步深入研究的方向。本项技术研究成果获得2023年度中国大坝工程学会科技进步奖特等奖。本书由直接参与工程设计的中青年工程技术人员为主编著。

国家电网公司电力科技著作出版项目

RM水电站位于西藏自治区芒康县境内的澜沧江上游河段，水库正常蓄水位2895.0m，库容38.00亿m3，是澜沧江上游水电开发的唯一龙头水库，是实现澜沧江上游清洁能源基地水光互补建设的控制性工程。水库大坝为砾石土心墙堆石坝，最大坝高315m，是世界上罕见的特高坝工程，在地质构造和地质背景十分复杂的西藏地区设计建设如此规模的高坝大库，面临着诸多重大技术挑战，通过对坝料特性、大坝防渗安全性、变形适应性、堆石料缩尺效应、湿化流变、抗震安全等关键技术问题研究，提出了RM特高心墙堆石坝（以下全书简称RM坝）设计方案和技术措施，为该坝的建设奠定了坚实的基础。心墙堆石坝具有就地取材、安全经济以及适应性好等优点，在世界水利水电工程中广泛应用。心墙堆石坝在国际上最早建成了300m级高坝，并在特高坝工程中占有较高的比重。近年来，我国在交通条件差、外来运输量大、自然条件恶劣等西部地区广泛采用该坝型。虽然我国建成了糯扎渡（261.5m）、长河坝（240m）、两河口（295m）等多座特高坝，在建的有双江口（314m）特高坝，前苏联建成了300m的努列克坝，但心墙堆石坝仍是一种半经验半理论的坝型。经过国内学者和工程师们的不懈努力，在试验方法、本构模型、渗流控制、应力变形、水力破坏、防震抗震、施工工艺及质量控制等方面取得了丰富而卓有成效的研究成果，但其理论体系仍不能完全满足高心墙堆石坝发展的需求。从已建工程运行情况来看，堆石料缩尺效应、坝体变形预测值与实测值相差较大、坝顶裂缝、高震区抗震防震安全等等仍是高坝需要深入研究并亟待解决的问题。RM电站处于高海拔高地震烈度的高山峡谷地区，工程具有地质条件复杂、施工条件恶劣、生态环境脆弱等显著特点，天然防渗土料存在显著质量缺陷，大坝设防烈度为Ⅸ度，大坝设计地震动峰值加速度0.44g，RM坝设计建设难度大。为此，在充分吸收国内外高心墙堆石坝的经验基础上，联合国内众多高等院校和科研院所，围绕特高心墙需要深入研究和亟待解决的工程技术问题，开展了大量的室内外试验和仿真分析等研究工作，RM特高心墙堆石坝作为依托工程，列入了国家十二五科技支撑计划、国家十三五重点研发计划、贵州省科技支撑计划、中国电建集团、中国华能集团、中国华能澜沧江股份有限公司等各层级的科技攻关项目，在砾石土料特性及其改性工艺、堆石料缩尺效应、特高堆石坝变形协调与控制、高震区高坝抗震安全与评价等方面，取得了丰富的研究成果。成果包括提出并现场验证了藏区砾石土料的改性工艺，阐明了颗粒尺度对堆石料参数的影响机制及变化规律，建立了考虑湿化、流变和风化劣化影响的坝体变形控制指标，揭示了砾石土水力击穿破坏形式及机理，预测了强震作用下高土石坝动力响应特性及破坏模式等等，可供同类工程设计借鉴和参考。全书共8章。第1章介绍国内外高心墙坝发展概况、设计建设关键技术、典型高心墙坝的运行状况，从核心科学理论和关键工程技术等方面分析了RM坝面临的技术挑战。第2章介绍RM坝土料的勘察试验研究情况，土料的防渗特性和变形性能，改性技术及其现场试验验证成果。第3章介绍了堆石料的特性、特殊性能试验成果以及堆石料缩尺效应研究成果。第4章介绍RM坝设计技术方案，包括心墙结构、坝体建基面、坝体轮廓、坝体分区、筑坝材料、坝坡稳定等内容。第5章介绍了坝体变形预测的理论方法、坝体变形协调与控制技术、坝体岸坡剪切变形模拟试验、水力破坏评价与控制、坝体裂缝评价与防治等内容。第6章介绍了坝体渗流方面研究的最新成果。第7章介绍大坝抗震防震分析、试验、抗震措施以及极限抗震能力方面的研究成果。第8章对研究成果进行了总结，提出下一步深入研究的方向。本书由直接参与工程设计的中青年工程技术人员为主编著。本书前言、第1章由湛正刚、慕洪友、周华执笔；第2章由湛正刚、程瑞林、杨家修执笔；第3章由湛正刚、韩朝军、张合作执笔；第4章程瑞林、慕洪友、杨家修执笔；第5章由湛正刚、韩朝军执笔；第6章由慕洪友、程瑞林执笔，第7章由韩朝军、湛正刚执笔，第8章由湛正刚、慕洪友、周华执笔；由张合作、郭勇、吴述彧、王蒙、林金城、李鹏飞、敖大华、张胜等分别校稿；全书由湛正刚统稿，由韩朝军统一编辑。RM坝技术成果，凝聚了我国水电水利工程界众多专家学者的智慧，汇集了贵阳院各级领导以及全体参与过勘测设计技术人员的心血。马洪琪院士、张宗亮院士、李文纲大师、杨泽艳大师、艾永平总工、余挺总工等专家组成的RM水电站特咨团专家组，全过程开展了工程大坝技术研究咨询，提出了许多建设性的指导意见，RM水电站特咨团专家组组长马洪琪院士亲自为本书作序。清华大学、武汉大学、大连理工大学、河海大学、天津大学等高校，以及中国水利水电科学研究院、南京水利科学研究院、中国科学院力学研究所等科研单位在研究工作中给予了通力协作。水电水利规划设计总院、华能澜沧江水电股份有限公司、华能澜沧江上游水电有限公司、中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司、中国水利水电第十二工程局有限公司等单位在研究工作中给予了大力支持。本书在撰写过程中引用了部分参研单位的研究成果，参阅了与RM坝研究有关的科技文献和资料，虽已列出，难免遗漏，谨此一并表示衷心的感谢！本项技术研究成果获得2023年度中国大坝工程学会科技进步奖特等奖。随着RM水电站工程建设的深入推进和工程技术的不断发展，下一步尚需在大坝一体化性态预测方法及高性能智能动态反馈、库水位变动条件下大坝长期运行安全、开挖料利用深化研究、大坝防渗土料施工措施、特高土石坝安全监测、坝料填筑质量控制与快速检测等方面的关键技术进行深入研究，以保障RM坝安全运行，欢迎业内专家学者提出宝贵的意见和建议。由于时间仓促、水平有限，书中存在错误在所难免，恳请读者对本书的缺点和错误批评指正。作者2024年3月1日

湛正刚，正高级工程师，中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司副总经理兼总工程师，是电力勘测设计行业设计大师、贵州省勘察设计大师和贵州省十层次人才，河海大学研究生基地博士生导师。在水利水电工程高堆石坝设计、特大型水工隧洞设计，峡谷地区泄洪消能，特高边坡治理等方面有着较高的造诣和理论水平，工程设计和研究的丰富经历和实践经验。,湛正刚，正高级工程师，中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司水利水电工程院副院长

第一章 高心墙堆石坝技术进展及挑战 1
1.1 高心墙堆石坝建设运行概况 1
1.1.1 国外高心墙堆石坝建设状况 1
1.1.2 国内高心墙堆石坝建设状况 2
1.1.3 高心墙堆石坝运行状况 3
1.2 高心墙堆石坝主要技术进展 6
1.2.1 坝体分区 6
1.2.2 筑坝材料 11
1.2.3 渗透稳定 16
1.2.4 变形稳定 1718
1.2.5 坝坡稳定 2122
1.2.6 抗震防震 2324
1.2.7 安全监测 2527
1.2.8 坝料试验 2628
1.2.9 土料改性 2830
1.3 RM坝技术发展与创新 2930
1.3.1 RM坝关键技术 2930
1.3.2 主要技术创新 3133
1.4 本章小结 3234
第二章 土料特性及改性技术 3336
2.1 土料勘察要求及试验内容 3336
2.1.1 勘察要求 3336
2.1.2 试验内容 3438
2.2 土料场勘察 3538
2.2.1 土料场选择原则 3538
2.2.2 基本地质条件 3639
2.2.3 防渗土料勘察 3943
2.2.4 接触土料勘察 4347
2.3 防渗土料试验 4549
2.3.1 颗粒级配 4549
2.3.2 天然含水率与塑性指数 4752
2.3.3 分散性及化学分析 4853
2.3.4 膨胀、湿化、收缩特性 5155
2.3.5 击实特性 5257
2.3.6 渗透特性 5358
2.3.7 强度特性 6065
2.3.8 固结剪切试验 6569
2.3.9 静力三轴试验 6670
2.3.10 真三轴试验 6873
2.3.11 等向固结试验 7075
2.3.12 等应力比试验 7277
2.3.13 复杂应力路径 7681
2.3.14 流变、浸水变形试验 7984
2.3.15 水力劈裂（击穿）试验 8288
2.3.16 动力试验 8590
2.4 接触土料试验 8792
2.4.1 颗粒级配 8792
2.4.2 天然含水率与液塑性指数 8793
2.4.3 分散性 8893
2.4.4 矿物、化学试验 8893
2.4.5 击实、渗透、固结及三轴试验 8994
2.4.6 大剪切变形条件下接触黏土料与岸坡接触面渗流特性 9095
2.5 防渗土料及接触黏土料设计控制指标 9398
2.5.1 防渗土料 9398
2.5.2 接触土料 98104
2.6 改性技术及现场试验 101107
2.6.1 防渗土料加工工艺发展概述 101107
2.6.2 级配改善措施 105113
2.6.3 含水率改善措施 109117
2.6.4 现场试验 112120
2.7 本章小结 123132
第三章 堆石料特性及缩尺效应 125134
3.1 概述 125134
3.2 堆石料源及利用原则 126135
3.2.1 料源概况 126135
3.2.2 物理力学性能试验 126135
3.2.3 工程开挖料利用原则 128137
3.3 坝壳料级配与优化 129138
3.3.1 设计级配拟定 129138
3.3.2 室内试验级配 131140
3.3.3 极值干密度与小于5mm颗粒含量的关系 134144
3.3.4 基于分形维数法的堆石料级配研究 135145
3.3.5 室内试验制样标准 140150
3.4 静力特性试验 141151
3.4.1 干密度试验 141151
3.4.2 大型侧限压缩试验 142152
3.4.3 大型三轴试验 143154
3.5 渗透特性试验 149160
3.5.1 渗透变形试验 149160
3.5.2 反滤试验 150161
3.6 堆石料特殊性能试验 151162
3.6.1 湿化试验 151162
3.6.2 流变试验 157168
3.6.3 风化劣化试验 163174
3.6.4 循环加卸载试验 165176
3.6.5 复杂应力路径试验 166177
3.6.6 接触面特性试验 170181
3.6.7 动力特性试验 171183
3.7 堆石料缩尺效应研究 181192
3.7.1 室内超大三轴试验 181192
3.7.2 数值试验 184196
3.7.3 已建工程反演分析 192204
3.7.4 原级配堆石料力学参数推求方法 198210
3.8 本章小结 202214
第四章 RM坝设计技术方案 205218
4.1 概述 205218
4.2 心墙型式及轮廓比较研究 206219
4.2.1 心墙型式比选 206219
4.2.2 心墙轮廓比选 216232
4.3 心墙建基面选择 220236
4.3.1 河床建基面 220236
4.3.2 岸坡建基面 223239
4.4 坝体轮廓比较研究 226243
4.4.1 坝坡和坝顶宽度对坝坡稳定影响分析 226243
4.4.2 坝体轮廓设计参数拟定 229246
4.5 堆石料分区研究 230247
4.5.1 坝料分区原则 230247
4.5.2 坝料分区方案拟定 235249
4.5.3 方案比较 237251
4.4.4 反滤层及过渡层设计 240254
4.5.5 上、下游护坡 241255
4.6 筑坝材料设计 241256
4.6.1 防渗土料 241256
4.6.2 接触土料 242257
4.6.3 反滤料 243257
4.6.4 过渡料 245260
4.6.5 堆石料 246261
4.6.6 上、下游压重填筑料 247262
4.6.7 坝料填筑标准及设计指标 247263
4.7 坝坡稳定分析 248264
4.7.1 分析方法 248264
4.7.2 刚体极限平衡法 249264
4.7.3 有限元强度折减法 251267
4.7.4 可靠度法 253269
4.8 坝基处理 254270
4.8.1 坝基地质条件 254270
4.8.2 坝基开挖 256272
4.8.3 坝基处理 257273
4.8.4 防渗处理 257273
4.9 本章小结 263279
第五章 坝体变形预测与控制技术 265281
5.1 概述 265281
5.2 坝体变形预测理论方法 266282
5.2.1 本构模型 266282
5.2.2 渗流固结有限元法 287304
5.2.3 湿化计算方法 301319
5.2.4 流变计算方法 303322
5.2.5 堆壳风化劣化计算方法 313332
5.3 心墙变形控制 317337
5.3.1 工程经验 317337
5.3.2 P5含量的影响 318338
5.3.3 级配离散性的影响 319339
5.3.4 心墙固结的影响 320341
5.4 心墙与坝壳变形协调控制 321341
5.5 心墙与岸坡剪切变形控制 326346
5.5.1 工程经验 326347
5.5.2 心墙建基面型式的影响 330351
5.5.3 接触黏土区剪切变形规律 333354
5.5.4 心墙与岸坡界面应力传递规律 337358
5.5.5 心墙与岸坡接触剪切离心机模型试验 339360
5.6 水库蓄泄水控制 343365
5.6.1 初次蓄水 344365
5.6.2 常规放空 347369
5.6.3 应急放空 348371
5.6.4 水库蓄泄水速率控制指标 349372
5.7 大坝变形演化规律及控制指标 351374
5.7.1 坝体应力变形一般规律 351374
5.7.2 坝体总变形量 354377
5.7.3 后期变形 355379
5.7.4 大坝变形控制指标 357380
5.8 大坝静力离心机模型试验 357380
5.8.1 试验方案 357380
5.8.2 试验结果与分析 360383
5.9 心墙水力破坏评价方法及防治措施 368391
5.9.1 心墙水力劈裂判别方法 369392
5.9.2 砾石土心墙水力击穿模拟方法 371395
5.9.3 有限元-无单元耦合模拟方法 375399
5.9.4 基于内聚力模型的水力劈裂模拟方法 378402
5.9.5 心墙水力破坏防治措施 379403
5.10 坝体裂缝预测方法及防治措施 381405
5.10.1 心墙坝裂缝工程实例 382406
5.10.2 变形倾度有限元法 384409
5.10.3 坝体张拉裂缝有限元-无单元耦合法 387412
5.10.4 坝顶开裂扩展连续-离散耦合法 391416
5.10.5 坝体裂缝防治措施 395420
5.11 本章小结 396422
第六章 坝体渗流稳定分析 401427
6.1 概述 401427
6.2 坝体及坝基防渗体系构建 401427
6.3 反滤层设计控制方法及反滤试验研究 406432
6.3.1反滤层设计控制方法 406432
6.3.2 反滤试验研究 410436
6.4 心墙裂缝愈合研究 411437
6.4.1 心墙裂缝愈合试验研究 411437
6.4.2 裂缝形状和大小对愈合效果的影响 413439
6.5 大剪切变形条件心墙与岸坡接触面抗渗性能研究 420447
6.5.1 研究背景 420447
6.5.2 直剪渗透试验研究 422449
6.5.3 三轴剪切渗流试验研究 424452
6.5.4 旋转连续剪切渗流试验研究 427455
6.6 坝体及坝基渗流分析 432460
6.6.1 主要分析内容 432460
6.6.2 渗流控制基本标准 432460
6.6.3 天然渗流场反演计算及模型率定 433461
6.6.4 二维稳定渗流分析 435464
6.6.5 三维稳定渗流分析 437466
6.6.6 坝体非稳定渗流分析 440470
6.6.7 坝体及坝基渗透系数敏感性分析 446476
6.6.8 防渗系统随机缺陷条件下三维稳定渗流场计算 448479
6.7 本章小结 453484
第七章 抗震防震关键技术 455487
7.1 概述 455487
7.2 动力本构模型 456488
7.2.1 等价黏弹性动力分析方法 456488
7.2.2 真非线性动力本构模型 458490
7.2.3 静动力统一弹塑性本构模型 462494
7.3 地震动输入 474506
7.3.1 复杂坝基岩体地震波传播特性 475507
7.3.2 非一致性地震波动输入法 479511
7.3.3 大坝频谱特性及滤波效应 481513
7.4 大坝动力响应及抗震稳定性数值模拟 483516
7.4.1 地震动参数 483516
7.4.2 计算条件 491523
7.4.3 大坝加速度反应 492524
7.4.4 地震永久变形 495528
7.4.5 坝坡抗震稳定性 496529
7.4.6 心墙动强度及反滤层液化分析 498531
7.4.7 接触黏土静动应力变形 503536
7.4.8 大坝抗震计算成果 505537
7.4.9 与同类工程的比较 510542
7.5 大坝整体离心机振动台模型试验 511544
7.5.1 心墙堆石坝震害经验 511544
7.5.2 BK组试验成果 512545
7.5.3 NK组试验成果 517549
7.6 心墙与岸坡接触剪切离心机振动台模型试验 523556
7.7 大坝抗震措施及加固效果研究 527559
7.7.1 工程抗震措施经验 527559
7.7.2 RM大坝设计抗震措施 532565
7.7.3 坝顶抗震加固效果研究 536570
7.8 大坝抗震评价方法及极限抗震能力 552587
7.9 本章小结 554589
第八章 结论与展望 558594
8.1 结论 558594
8.1.1 防渗土料 558594
8.1.2 接触土料 558595
8.1.3 坝壳堆石料 559595
8.1.4 坝体分区 559596
8.1.5 变形预测与变形试验 560596
8.1.6 变形协调与控制 561598
8.1.7 水力破坏评价及防护 563600
8.1.8 坝体开裂评价与防治 563600
8.1.9 渗流与渗透稳定 563600
8.1.10 抗震防震 564601
8.2 展望 566604
参考文献 569607