泥浆护壁是利用泥浆重度大于地下水重度而对槽-孔壁产生侧向的内外压差,并且通过泥浆渗透在孔壁形成的泥皮将侧向压差进行传递来维持壁面稳定的技术。在水利水电工程中修建防渗墙,尤其是遇到级配不良的粗粒土地层时,该方法已经成为施工过程中确保槽孔稳定性的重要手段。槽孔内的泥浆在压力差的作用下会向槽孔地层土体中发生渗透,在分段浇筑防渗墙时,墙体上下游面与地层土体之间及各墙段之间都会存在泥浆渗透形成的泥皮。泥皮对于防渗墙的抗渗能力及力学特性的影响一直以来备受关注,特别是在施工质量、外部荷载等多重因素干扰下而导致防渗墙存在结构缺陷时,泥皮对于坝基防渗的作用更加不容忽视。开展粗粒土泥浆渗透规律、泥皮的抗渗特性、粗粒土一泥皮一缺陷混凝土共同作用防渗体系抗渗性能的试验研究,是考察不同粗粒土泥皮形成条件,揭示泥皮与混凝土墙体共同防渗和补偿缺陷混凝土抗渗性能的有效方法。通过夹有泥皮的防渗墙与地层土体接触面力学特性的测试分析,模拟粗粒土地基与防渗墙之间的泥皮接触面,以及墙段之间的泥皮接触面,分析防渗墙结构的受力和变形特性,可以认识防渗墙在粗粒土地基复杂应力条件下的工作性状。本文开展的研究工作及所得出的主要成果具体如下所述:　　(l)自主研发了一种能够统一模拟粗粒土泥浆渗透,粗粒土一泥皮一缺陷混凝土渗水的防渗墙渗透性测试仪,完成了试验仪器的设计、加工、调试等工作。该仪器能够进行粗粒土及缺陷混凝土的渗透性试验,泥浆渗透试验,以及粗粒土一泥皮一缺陷混凝土的渗水试验,为展开泥浆渗透规律及考虑泥皮作用条件下防渗墙抗渗特性的研究提供了基础。　　(2)通过对粗粒土的孔隙特征和颗粒性质的定量分析及渗透试验,分析了渗透系数、临界水力坡降等参数与单粒平均孔隙体积、最大渗流单粒孔隙、单粒平均表面积及土颗粒总表面积等特征指标之间的关系,论证了这些指标作为粗粒土是否发生渗透破坏判据的合理性。　　(3)采用透水混凝土试件和劈裂混凝土试件裂缝中回填粗粒土来模拟防渗墙混凝土局部区域骨料级配不良或相邻槽孔混凝土墙体之间存在裂隙等情况,开展了不同缺陷形式和缺陷程度混凝土防渗墙的渗透试验,分析了缺陷混凝土防渗墙抗渗及透水特性的影响因素。　　(4)在不同的粗粒土孔隙特征、泥浆渗透压差、泥浆渗透时间及泥浆粘度等条件下进行了粗粒土泥浆渗透试验,确定了泥皮形成的具体时刻以及该时刻所对应的泥浆渗流量、泥浆在粗粒土中的渗透距离与各影响因素之间的关系;揭示了不同影响因素条件下泥浆在粗粒土中的渗透规律。　　(5)在粗粒土泥浆渗透形成泥皮的基础上,开展了粗粒土-泥皮-缺陷混凝土共同作用防渗体系的抗渗性能试验研究,得到了泥皮承受水头随时间及渗透压差的变化规律,以及泥皮破坏时能够承担的最大渗透压差,提出了粗粒土-泥皮-缺陷混凝土共同作用防渗体系中泥皮抗渗性能的评价方法。验证了泥皮对于防渗墙混凝土由于自身结构缺陷导致抗渗能力降低的补偿作用。　　(6)在对泥皮抗渗性能进行评价和分析的基础上,依据现行的防渗墙抗渗设计方法,提出了考虑泥皮作用条件下防渗墙抗渗设计的修正方法。根据泥皮承担的最大水头压力差以及泥皮与缺陷混凝土所构成防渗体系临界水力坡降的测试结果,提出了考虑泥皮作用的缺陷混凝土防渗墙的设计方法。　　(7)通过粗粒土与混凝土结构之间泥皮接触面的直接剪切试验,分析了粗粒土孔隙特征、泥浆渗透压差、泥浆渗透时间及泥皮材料性质等泥皮形成过程中的关键因素对接触面力学特性的影响,并得出了不同接触条件下泥皮接触面的强度指标。　　(8)考虑防渗墙有无缺陷及是否有泥皮存在的情况划分计算方案来模拟防渗墙不同的工作状态,分别进行了坝体、坝基上游蓄水条件下的稳定渗流计算,讨论了防渗墙上下游面渗透压力差的分布特征以及墙体的抗渗性能随泥皮存在条件及防渗墙缺陷程度的变化规律。　　(9)在测试分析粗粒土和混凝土防渗墙之间泥皮接触面剪切特性的基础上,通过三维数值模拟方法,比较分析是否考虑地基粗粒土和混凝土防渗墙之间泥皮接触面及墙段之间泥皮接触面的情况下坝体在填筑、蓄水及运行阶段防渗墙的应力分布和变形规律。揭示了泥皮有助于同一埋深防渗墙的大主应力趋于均匀分布,缓解了应力集中现象,缩小了坝肩墙体拉应力的分布范围和大小,抑制了墙体沿上下游方向的位移增长。论证了防渗墙泥皮在改善墙体工程性质方面所发挥的积极作用。