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水 利 学 报

２０２２年 ８月 ＳＨＵＩＬＩ ＸＵＥＢＡＯ 第 ５３卷 第 ８期

文章编号：０５５９ － ９３５０（２０２２）０８ － ０９３９ － １０

堤坝混凝土防渗墙渗透溶蚀演化规律研究

甘 磊，陈官运，沈振中，徐力群
（河海大学 水利水电学院，江苏 南京 ２１００９８）

摘要：混凝土防渗墙是堤坝常用防渗结构，其渗透溶蚀不同于一般接触溶蚀，对防渗墙长效特性及使用寿命影响
很大。依据流体动力学、对流－ 扩散方程及化学动力学相关理论，考虑孔隙、骨料和对流对钙离子扩散系数的影
响，本文建立 了 混 凝 土 防 渗 墙 渗 流 － 溶 蚀 耦 合 分 析 模 型。结 合 混 凝 土 钙 溶 蚀 试 验 验 证 模 型 的 合 理 性，采 用
ＣＯＭＳＯＬＭｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ软件建立某堤坝渗透溶蚀计算模型，研究了混凝土防渗墙中钙离子析出对其孔隙率及渗流特
性的影响，估算混凝土防渗墙使用年限。结果表明：该模型能较好地反映防渗墙溶蚀过程中孔隙率和渗流特性的
３
变化，可预测防渗墙防渗性能衰减过程；防渗墙中钙离子浓度年平均变化速率约为 ０．０３ｍｏｌ?（ｍ·ａ），运行 １００年
后混凝土防渗墙孔隙率约为 ０．３３，渗透系数增大 ３５倍，堤坝单宽渗流量增大 ５０％；混凝土防渗墙使用年限为 ４４．０
年。研究成果可为堤坝工程长效服役性能评估提供理论支撑。
关键词：堤坝；混凝土防渗墙；渗透溶蚀；防渗性能；使用年限
中图分类号：ＴＵ５０２ 文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０．１３２４３?ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｌｘｂ．２０２１１０３２

１ 研究背景

我国堤防工程大多是傍河而建，表现出堤基条件差，堤身质量差，堤后坑塘多，覆盖层薄弱等特
点。黄河下游河道是举世闻名的 “善淤、善决、善徙” 的地上悬河，其右岸临黄堤长 ６２４．２４８ｋｍ，左
岸临黄堤长 ７４６．９７９ｋｍ，部分堤段采用混凝土防渗墙进行基础防渗，这些混凝土防渗墙常年受渗流作
用，因环境水作用，其物理、化学性能改变 ［１］ ，导致固相钙分解析出，孔隙率增大，强度降低，即发
生渗透溶蚀现象。
渗透溶蚀是混凝土结构主要病害之一 ［２］ ，我国许多混凝土坝在运行多年后逐渐显现裂缝、渗透溶
蚀等老化病害，其中渗漏及其引起的坝体混凝土溶出性侵蚀较为普遍 ［３］ ，如运行 ７０多年的丰满混凝
土重力坝，坝体混凝土已遭到了明显溶蚀破坏。对坝体钻孔检查发现，坝体内部混凝土表现出极强的
空间变异性，混凝土抗压强度一般在 １５ＭＰａ以上，但局部无法取芯，实际强度低于 １０ＭＰａ。渗漏部
位的坝体混凝土强度下降可达 ２０％，局部区域则达 ７０％，甚至完全失去强度成为疏松体 ［４］ 。罗湾混凝

土重力坝，运行 ９年以后，廊道内部分排水孔口 ＣａＣＯ 晶体呈瀑布状，现场检测发现，溶蚀部位混凝
３
土后期强度不仅未增长，反而明显下降，挡水运行 １０年后仅为设计值的 ８３％ ［５］ 。
目前，关于溶蚀现象的研究，多为不考虑渗流作用的接触溶蚀，钙离子析出的驱动力是溶液间的
浓度梯度 ［６］ 。然而，对于堤坝混凝土防渗墙而言，渗流作用对溶蚀进程的影响不容忽视。渗流作用下
渗透溶蚀钙离子析出的驱动力不仅是浓度梯度，还有水力梯度。在水力梯度作用下，孔隙溶液的运移
作用加快了固相钙的分解速率和钙离子析出速率，加速了溶蚀进程 ［７］ 。同时，渗流作用下混凝土产生

收稿日期：２０２１ － １１ － ２３；网络首发日期：２０２２ － ０４ － ２６
网络首发地址：ｈｔｔｐｓ：??ｋｎｓ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ?ｋｃｍｓ?ｄｅｔａｉｌ?１１．１８８２．ＴＶ．２０２２０４２６．０９３７．００１．ｈｔｍｌ
基金项目：国家自然科学基金项目（５２１７９１３０，５１６０９０７３）；江苏省自然科学基金项目（ＢＫ２０２０１３１２）；水利部堤防安全与病害防治
工程技术研究中心项目（ ＤＦＺＸ２０２０００３）
作者简介：甘磊（ １９８７ － ），博士，副教授，主要从事工程渗流等方面的研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｇａｎｌｅｉ２０１５＠ｈｈｕ．ｅｄｕ．ｃｎ

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