本项目属于水利水电工程与新能源研究领域。从2000年开始，以大石峡为代表的一批250m～300m级堆石坝工程开始了前期勘测设计研究论证工作，土石坝的建设走向了从200m级向300m级突破发展阶段。这些特高坝工程的建设将对推动能源结构合理配置和高效利用，实现节能减排，助力实现“碳达峰”“碳中和”目标具有重要意义。由于土石坝筑坝料所具有的特殊工程特性，高土石坝建设面临着一系列重大技术挑战；随着坝高的不断增加，坝体变形的不协调或者变形过大，导致防渗体破损，严重的将危及大坝安全，而坝料的工程特性又是影响坝体变形的主要因素，这就决定了解决高土石坝关键技术问题的基础是对筑坝料工程特性及其变形控制的研究。而土石坝筑坝材料在不同的空间尺度以及时间尺度下表现出不同的力学性质和工程特性，现有的常规试验手段无法全面准确揭示其宏细观力学机制；且由于土石坝筑坝材料宏观上连续，而细观上离散，易发生颗粒破碎，其本构模型与变形机理尚未明确，虽然目前国内外对堆石料本构关系的数学描述方法很多，但能实际运用于具体工程的本构模型仍相对较少，有必要寻求更精准实用的本构模型；加之目前在土石坝变形控制方面多为经验性的，亟需建立土石坝变形协调控制的技术体系。因此，围绕筑坝材料料源、筑坝材料工程特性的试验和理论分析、本构计算模型等方面，对高土石坝的筑坝材料力学特性以及变形控制的研究是十分迫切的，这对于我国水电安全发展与社会经济效益提升有着极为重要的意义。本项目针对土石坝筑坝材料力学特性与变形控制在工程建设过程中存在的技术难题与科学问题，通过室内试验、现场试验和数值分析等工作，结合设备研制、工艺构建、理论研究等综合手段，产学研用相结合，在堆石料的试验技术、基本力学特性及本构模型、土石坝坝体设计及填筑标准等方面取得了重要突破，取得的创新成果如下：

（１）研发了新型筑坝料勘察技术和大型渗流及力学试验装置。

研发了直径达2.2m、深度达60m的砂砾石料超深竖井原位勘察技术，提升了土石坝筑坝料勘察技术水平。研发了筑坝料大型原位力学试验技术，最大加载量为10315.5kN，在同类试验验中加载能力世界最大，揭示了筑坝料存在显著的缩尺效应，试验技术具有良好的工程适用性。研制了组合式多功能渗透仪、应力渗流耦合式试验仪和超大型高压渗透仪等筑坝料大型渗透试验装置及配套试验技术，组合式大型渗透试验装置尺寸达13m×1m×1m（长×宽×高），可大幅降低高土石坝筑坝粗粒土渗透试验的缩尺效应。通过原级配砂砾石料的渗透试验，构建了应力渗流耦合作用下砂砾料渗透系数计算方法和砂砾石料非达西流渗透系数的计算方法，可以考虑应力状态对渗透系数的影响。

（２）建立了筑坝料工程特性数据库并提出了考虑颗粒破碎的筑坝料本构模型。

建立了考虑颗粒破碎以及颗粒强度尺寸效应的数值模型，揭示了颗粒形状对颗粒破碎强度的影响及筑坝料缩尺效应的影响机制并提出了基于细观数值试验、现场试验和室内试验的原级配堆石体力学参数确定方法。系统研究了常规及特殊筑坝料工程特性并提出了坝料选择依据，为土石坝坝料选择和材料分区优化提供了依据，为特殊筑坝料参与土石坝建设的用量以及分区等提供了技术支撑。建立了国内外首个集查询、管理和处理数据等为一体的土石坝筑坝料数据库系统，为高效利用堆石料试验数据提供了先进手段。改进了南水双屈服面模型，构建了基于广义塑性理论的弹粘塑性本构模型，解决了现有本构模型在反映坝料体变方面与实际存在差异的问题。

（３）建立了土石坝变形协调控制的技术体系。

开展了筑坝料最优级配、筑坝料相对密度试验研究，提出了适用于高土石坝工程的筑坝料选用原则及土石坝筑坝料级配优化技术。采用室内试验和现场原级配“密度桶法”试验的最大、最小干密度，对比分析了碾压料的“现场对现场”相对密度和“现场对室内”相对密度，解决了使用室内相对密度试验结果评价现场碾压密实度不合理的问题，建立了土石坝坝料填筑标准体系。对堆石坝的坝料选择、坝体分区、碾压试验、施工顺序等进行了系统研究，建立了堆石坝变形协调控制的设计技术体系。提出了特高坝抗滑稳定安全系数标准，为科学定量地研究和保证高坝、特高坝工程的结构安全性提供了重要依据。

  本项目研究成果成功解决了高土石坝设计建设过程中的筑坝材料勘探、试验、计算、填筑标准等工程难题，对土石坝坝体安全具有重要的现实意义，可有力促进土石坝设计建设的技术进步，可显著降低对煤炭、石油等石化能源的使用量和依存度，对我国优化调整能源结构、实施能源可持续发展战略具有重大意义，进一步践行“碳达峰、碳中和”战略，必将带动地区国民经济的发展和社会进步，具有巨大的经济效益和良好的社会及生态环境效益。基于项目研究成果，获得国家专利24项，其中发明专利15项，实用新型专利9项，获得软件著作权10项，发布技术标准11项、省部级工法5项，出版技术专著4部，发表论文77篇，具有良好科研价值和推广应用前景。相关成果已广泛应用于积石峡、大石峡、南俄3（老挝）等16座高土石坝工程，拟应用于茨哈峡、马蒂（尼泊尔）等16座拟建高土石坝工程。