土石坝由于其诸多的优点,近年来得到了快速的发展,我国在建和拟建的一系列土石坝坝高已达到300m级以上,因此,对于高土石坝的安全稳定性得到了广泛关注。由于施工期土质心墙孔隙水压力难以有效消散并控制和影响着坝体稳定性,蓄水期心墙孔隙水压力产生突变而且是研究心墙水力劈裂的一个重要指标,因此,该领域的专家学者对高土石坝施工期和蓄水期应力变形和心墙孔隙水压力进行了大量的研究。本文在前人研究成果的基础上,以已建工程瀑布沟心墙堆石坝为工程实例,以邓肯张E-B本构模型、非饱和土基本理论和非稳定渗流理论为基础,利用MIDAS/GTS有限元软件建立了三维有限元模型,分别计算分析其施工期和蓄水期应力变形的静力分析,施工期心墙孔隙水压力形成机制、特征和影响因素,蓄水期心墙孔隙水压力特征和影响因素,并得到了以下主要结论:(1)施工期和蓄水期,坝体变形基本合理,坝体应力分布比较均匀、坝体整体呈受压状态且心墙内都没有出现拉应力,施工期坝体应力沿坝轴线呈对称分布,蓄水期由于坝体上游面受到水压力的作用,坝体上游面应力值整体比竣工期较大。(2)施工期和蓄水期坝体竖向应力和第一主应力呈驼峰状分布,效应系数R在1/3坝高坝轴线附近最小,心墙拱效应现象在1/3坝高坝轴线附近最强烈,在坝顶处最弱,拱效应只对坝体的竖向应力和第一主应力有影响,对坝体第三主应力没有影响;心墙同一高程处,上游水压力均小于心墙竖向应力,心墙抗水力劈裂性能较好,没有发生水力劈裂现象。(3)施工期孔隙水压力的产生和消散问题非常复杂。孔隙水压力的产生是由施工期土体总应力不断增大,土体被压缩,孔隙比减小,孔隙水又不能及时、有效的消散并承担了一部分土压力,导致孔隙水压力不断增大;施工完成时,土压力不在增加,孔隙水压力开始消散,且消散速率较慢,竣工后几年甚至十几年内,孔隙水压力依然较高,应当引起足够的重视。(4)施工期心墙不同排水条件、不同含水率、不同渗透系数和不同施工速率下施工完成时心墙孔隙水压力的分布规律基本相似,整个心墙的孔隙水压力由最大处向四周逐渐减小,呈闭合的环形等势线分布,不同条件下心墙最大孔隙水压力出现在心墙高1/3~1/2附近。(5)施工期孔隙水压力受土压力、渗径、排水条件、含水率、渗透系数和施工速率等主要因素的影响;土压力是影响孔隙水压力的力学条件,渗径和心墙排水条件是影响孔隙水压力的边界条件,含水率和渗透系数是影响孔隙水压力的物质条件,施工速率是影响孔隙水压力的外界条件。(6)蓄水期不同蓄水速度下不考虑和考虑施工过程的两种情况下,心墙孔隙水压力分布规律基本相似;坝壳内浸润线都基本呈水平分布,心墙内浸润线斜向心墙下游延伸分布,心墙内孔隙水压力都产生了突变。不考虑施工过程的影响时,蓄水速度越大,心墙浸润线滞后越明显、变化越陡,心墙孔隙水压力越小;考虑施工过程的影响时,心墙孔隙水压力和饱和区范围都有所减小,蓄水速度越大,心墙浸润线下降变陡,心墙孔隙水压力等势线突变且集中分布现象越明显。(7)蓄水期影响心墙孔隙水压力的因素众多,主要有蓄水速度、心墙渗透系数、渗透路径和施工过程产生的应力场等。