胶凝砂砾石坝是20世纪70年代发展起来的一种新坝型,旨在为中小型水库大坝工程提供一种更为高效施工,安全可靠,经济环保的选择,目前国内外对其研究相对较少,尤其是在渗流特性与应力变形特性方面还存在一些有待深入研究的问题。因此,本文开展胶凝砂砾石坝正交异性渗流分析和渗流场与应力场的耦合分析具有一定的理论与现实意义。本文首先基于胶凝砂砾石坝成层碾压施工的特点,分析探讨了坝体正交异性渗透特性,概述了渗流的基本理论及有限元分析原理,并结合算例验证了利用ABAQUS软件进行胶凝砂砾石坝正交异性渗流场分析的可行性。然后,在胶凝砂砾石料的应力-应变特性分析的基础上选取了适合的本构模型,通过软件的二次开发,将邓肯-张模型引入到材料库中,使其可以满足胶凝砂砾石坝应力变形有限元分析的需要。其次,探讨了渗流场和应力场的耦合作用机理,建立了考虑两场相互作用下的数学模型。最后结合守口堡大坝实际工程更深入地揭示了胶凝砂砾石坝的渗流特性和应力变形特性,结果表明:(1)随着胶凝砂砾石材料水平渗透系数与竖直渗透系数比值的增大,坝体浸润线有降低的趋势,但主要体现在上游侧,坝体渗流量和坝后渗透坡降仍在增大,对坝体渗透稳定性不利。(2)竣工期,坝体水平及竖向位移沿坝轴线呈对称分布,水平位移从上下游坝坡向坝轴线逐渐减小,竖向沉降位移从坝体中部向地基底部逐渐减小;正常蓄水位工况和校核洪水位工况下,大坝的整体变形较小,其中水平位移受落水影响相对较大,坝体上游侧均产生偏向下游的位移;不同工况下坝体应力变幅小,应力水平较低且分布规则,坝体总体上处于受压状态,应力值向地基底部方向逐渐增大,上游坝踵处出现局部拉应力。(3)通过对是否虑渗流场与应力场耦合两种情况的计算结果进行对比,可以发现,考虑耦合作用后坝体的水平与竖向位移增大,坝轴线上游侧位移普遍偏向下游侧;坝体大小主应力值均有所增加;渗流自由面的位置略有抬高,水头等值线较不考虑耦合时有向下游偏移的趋势,逸出点高程上升,渗流量增大。可见,渗流场与应力场的相互影响是不可忽视的,在工程实践中应重视两场耦合作用产生的后果。本文的研究成果对胶凝砂砾石坝实际工程设计和建设具有参考价值,希望能为类似工程问题的研究提供一定的借鉴意义。