本文针对我国堤坝防渗加固工程的迫切需要和高聚物注浆技术的发展,以非水反应类双组份发泡聚氨酯为浆材,在对材料特性进行系统研究的基础上,提出了堤坝防渗加固高聚物定向劈裂注浆方法,主要研究内容如下：(1)根据非水反应类双组份发泡聚氨酯材料的特点,研制了材料压缩、弯曲、拉伸试验所需的试样注浆成型模具及膨胀力、材料抗水渗透性能试验装置,对双组份发泡聚氨酯注浆材料的物理力学特性进行了较为全面的试验研究,获得了大量的材料特性试验成果；建立了材料密度与最大膨胀力、材料密度与起始渗水压力及材料密度与抗压强度、弯曲强度、拉伸强度的关系曲线。实验研究结果表明,双组份发泡聚氨酯是一种综合性能优良的堤坝防渗加固注浆材料。(2)通过大量的高聚物现场注浆试验,对双组份发泡聚氨酯高聚物注浆材料在土体中的扩散机理进行了深入研究；揭示了高聚物浆液在土体中主要以片状浆脉的方式扩散；具有自膨胀性的高聚物浆液对浆脉周围的土体还有挤密和渗透胶结作用。(3)根据高聚物注浆材料在土体中的扩散特征及高聚物注浆技术的特点,首次提出了堤坝防渗加固高聚物定向劈裂注浆方法,建立了定向劈裂缝扩展压力及开裂长度的理论计算公式。利用自行研制的定向劈裂钻具,采用定向劈裂注浆方法能定向构筑厚度为2～3 cIll左右的堤坝高聚物超薄防渗墙,墙体本身具有良好的力学和防渗性能,并能与墙体周围土体紧密结合,形成复合防渗体。(4)以流变学、断裂力学及岩土力学理论为基础,建立了非线性有限元粘结元模型,采用粘结元方法对高聚物定向劈裂注浆机理进行了数值模拟,计算出了不同注浆量时定向劈裂缝的扩展长度及开度,计算结果和现场试验的结果基本一致；为堤坝高聚物定向劈裂注浆方案的设计提出了一种有效方法。(5)在均质土坝上进行了高聚物定向劈裂注浆原型试验,现场注浆试验开挖结果表明,采用高聚物定向劈裂注浆技术在土体中形成的防渗体的厚度,扩展方向、扩展范围及搭接效果均达到预期效果,验证了堤坝高聚物定向劈裂注浆理论的正确性及方法的可行性。