本论文研究以在建的甘肃省重点工程——洮河九甸峡水利枢纽为工程背景开展，该工程是拟建引洮工程的龙头水库，水库总库容为9.43亿m3。设计面板堆石坝坝高136.5m，布置于窄深河谷，趾板置于深厚覆盖层上，用混凝土防渗墙对深厚覆盖层进行防渗处理，再用连接板将趾板与混凝土防渗墙连接起来组成防渗体系。该方案在建设工期、投资方面较传统的基岩趾板方案有很大的优势，但国内外类似条件下100m以上高堆石坝建设经验及研究成果较少。 就采用混凝土防渗墙方案的深覆盖层面板堆石坝而言，防渗墙与连接板、平趾板以及大坝防渗体(面板)的连接是整个防渗体系的关键。本项研究结合大坝结构设计优化，开展了砂砾石材料的原位试验、坝体堆石料及覆盖层料室内试验，并根据试验成果开展了三维有限元静动力计算分析、离心模型试验验证等。 坝基覆盖层钻探及动力触探、钻孔声波测试、颗分试验表明其密实性较好，无连续软弱夹层分布，级配连续，具备建基层的较好条件；从压缩试验来看，筑坝材料和坝基砂卵砾石压缩系数都小于0.1MPa-1，均属低压缩无粘性土；三轴试验成果表明设计坝料的强度指标与其它工程硬岩堆石料强度指标相近；现场旁压试验验证坝基砂卵砾石覆盖层的变形模量均不低于50MPa，压缩模量高于室内所得的数值，因此以室内试验数据进行有限元分析是偏于安全的。 为全面了解坝体在施工期和蓄水期的应力变形情况和工作性状，针对九甸峡混凝土面板堆石坝工程窄深峡谷、覆盖层深厚等具体情况，数值分析中进行了平面和三维非线性应力变形计算。在计算方案的设定中，分别考虑了趾板与坝基防渗墙的柔性连接方式、刚性连接方式以进行对比。对比平面计算和三维计算分析的结果可见，由于本工程窄深河床岸坡的地形对大坝、防渗墙的约束作用较为明显，两种计算成果有较大差异，说明研究侧重于三维分析是合理的。方案比较验证表明趾板下直接接混凝土连接梁和双防渗墙的刚性墙方案趾板底部变形较小，但面板底部受坝体和覆盖层变形的影响，变形相对较大，因此两者之间的变形差大于柔性墙方案。柔性连接方案适应地基变形较好，尤其是防渗墙、连接板、平趾板间接缝变形梯度较小，整体方案较优，作为推荐设计方案是合理的。 从推荐方案坝体三维应力变形分析的结果上看，蓄水期坝体最大沉降为1.3m左右，坝体的沉降位移在深槽段偏向坝体底部，其原因主要是受深槽段坝基覆盖层影响所致，但坝体的应力和变形数值均在合理范围之中。水库蓄水情况下，面板的大部分区域呈双向受压的应力状态，沿坝轴线方向在两岸坡处的面板存在拉应力区，右岸坡面板的拉应力区略大。连接板的设置有效吸收并保证了河床底部防渗墙到平趾板、面板的变形过渡与协调，但垂直河流方向需研究在连接板、平趾板中适当分缝，以适应地基的不均匀变形。由于九甸峡河谷深槽段较窄，岸坡对防渗墙的约束作用明显，竣工期防渗墙体向上游侧的变形并不大，蓄水后在水荷载的作用下墙体向下游变形最大值11.6mm。 在给定地震作用下，坝体加速度反应在顺河向最为强烈，顺河向加速度反应在河床中部最大。计算坝体中各单元抗震安全系数均大于1，不会产生动力剪切破坏。坝体最大竖向残余位移(沉降)为37.8cm，发生在坝顶处，坝体地震沉陷量为坝高(不含覆盖层厚度)的0.28﹪。从计算成果判断，最大孔隙压力比较小，在地震作用下坝基覆盖层不会发生液化。地震引起的周边缝附加变形较大，在止水设计中应予重视。从大坝的动力计算分析结果总体评价，面板坝的设计是合理的，抗震安全性是可靠的。 通过本项研究，采用较为成熟的邓肯张E-B模型对大坝施工和蓄水过程进行了仿真计算和模拟，对坝体应力变形特性进行了深入研究，但由于土石材料本身的性质和施工、运行过程的复杂多变，不可能全部准确模拟，只能作为工程设计的参考依据。目前九甸峡水利枢纽工程正在紧张建设中，同步设计的监测项目将实时反映施工期监测成果，通过动态优化设计方案、总结原型观测成果并与三维静动力计算、离心模型试验成果相互验证，可为类似复杂条件下面板堆石坝工程的科研、设计和建设提供借鉴。