Page 92 - 2022年第53卷第1期

东 ［15］ 借助吸水动力法和扫描电镜深入分析了碾压混凝土层间微结构，分析揭示了不同层间处理方式
对混凝土层间渗透性能的影响规律，并提出了相应的工程措施。上述试验得出的结果一般比较可靠
且都满足特定规律，但由于人为和自然影响因素过多，往往会出现试验结果与实际不符的情况，且
难以得到合理的解释。
更多学者借助有限元、离散元等方法建立混凝土毛细吸水模型，更形象地解释毛细作用的机
理。Liang 等 ［16］ 和 Li 等 ［17］ 通过有限元细观模拟分析了水灰比、骨料体积分数等对混凝土透水性能的影
响，突出了界面过渡区对于整个传输过程的重要作用，从细观层面解释了初始条件对混凝土透水性
能的影响机理。Abyaneh 等 ［18］ 通过细观模拟分析了微裂缝对整体混凝土吸水性能的影响，揭示了裂缝
对混凝土透水性能的影响机理。文献 ［19］ 通过元胞自动机的框架建立细胞状态变量集，给出了在水
分传输和离子扩散影响下的演化规律。虽然模拟分析相较于试验而言，条件变量更明确，但由于网
格划分、模拟精细程度等原因往往会导致模拟结果不合理不精确，无法完全还原真实情况，难以满
足实际工程要求。
部分学者采用模拟和试验相结合的方式，用试验验证模型，模拟扩展试验的方式使结论和规律
更有说服力。Ma 等 ［20］ 通过试验和细观模拟的方式研究了混凝土单轴抗压强度的影响因素，建立并验
证了三维细观模型的可行性和精度；朱岳明等 ［21］ 通过试验和算例分析研究了混凝土本体和层间不同
渗透系数对混凝土渗透性能的影响，试验获得了相应的渗透系数，并进行了简单的算例验证分析。
根据现有资料可知，裂缝透水分析在研究形式和模拟方法上与混凝土层间透水研究相似，但在
具体分析时与层间有较大的区别。裂缝对混凝土的影响范围较小，分布较为不均匀，透水性能具有
较强的规律性，而层间透水性对碾压混凝土整体透水性能具有重要影响，分布位置相对固定，但同
一层间透水性能差异较大。综上分析，学者们对于混凝土及其裂缝毛细吸水试验和模拟进行了详细
而深入的研究，但是目前对于碾压混凝土层间结合水分的影响研究较为缺乏，同时将试验和细观模
拟相结合的研究相对较少。因此本文提出一种基于试验和细观模拟相结合的非饱和传输模型，主要
内容包括：（1）考虑碾压混凝土坝所处实际环境的复杂性和非饱和度的不确定性，试验分析不同初始
条件对非饱和毛细吸水的影响，重点研究相对饱和度、毛细作用时间、毛细作用方式和渗透方向对
毛细吸水的影响效果；（2）碾压混凝土的施工方式导致出现很多结合层面，不同层间位置对混凝土非
饱和传输行为的影响差异很大，通过试验定量分析不同层间位置对整个非饱和传输行为的影响；（3）
建立简化的二维三相混凝土细观模型，研究揭示不同初始条件作用下混凝土非饱和传输行为的影响
机理，从混凝土细观结构分析非饱和传输行为。

2 原材料和试验内容

2.1 原材料及试件制作 根据工程实际碾压情况及层间结合效果，本文模拟碾压试验材料采用二级

配 RCC。粗骨料采用石灰岩，实测密度为 2689 kg/m ，骨料粒径区间为 5 ~ 40 mm。细骨料采用天然
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河砂，实测密度 2581 kg/m ，细度模数为 3.1，水泥采用中联牌普通硅酸盐水泥，粉煤灰为二级灰，
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［2］
此外还添加了适量的减水剂和引气剂。试验采用多参数可调式 RCC 碾压模拟试验装置 进行模拟分
层碾压，上下层之间采用连续拌合、摊铺、碾压的试验流程，碾压至混凝土基本密实，从而达到与
实际工程接近的连续浇筑施工过程和层间结合状态。试件水胶比为 0.50，具体材料配合比如表 1 所示。
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表 1 试验配合比材料组成 （单位：kg/m ）
水 水泥 粉煤灰 砂 5~20mm 小石 20~40mm 中石 减水剂 引气剂

105 94.5 115.5 693 699 699 1.47 0.315

充分分析毛细作用及层间结合对碾压混凝土水分传输过程的影响效果，参照 ASTM C1585-13 规
范要求 ［22］ ，对成型后的大体积碾压混凝土进行钻芯取样，共取芯 6 个。将所获得的芯样进行切割处

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