Page 59 - 2022年第53卷第8期

随着运行时间推移，防渗墙后的浸润线不断抬升，当到达 １００ａ时，防渗体削减水头百分比从最
初的 ９７．８％减小至 ９５．１％。大坝渗流量也在增加，堤坝、防渗墙单宽流量及防渗墙单宽流量占比变化
曲线如图 １４所 示。由 图 １４可 以 看 出，流 量 随 时 间 呈 明 显 增 大 的 趋 势，初 始 时 刻 堤 坝 单 宽 流 量 为
２
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２．２３ｍ ?ｄ，运行 １００ａ后单宽流量为 ３．３５ｍ ?ｄ，较初始时刻增大了约 ５０％，初始时刻防渗墙单宽流量为
２
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０．０４ｍ ?ｄ，运行 １００ａ后单宽流量为 １．２８ｍ ?ｄ，较初始时刻增大了 ３１倍，与其防渗墙渗透系数增大倍
数相当。防渗墙单宽流量占堤坝总单宽流量的百分比随堤坝运行年份增加呈指数函数增加，从初始时
刻的 １．６％提高至运行 １００ａ后的 ３８．３％，说明防渗墙渗透溶蚀对其防渗性能劣化效应随运行时间逐年
增强，防渗墙防渗性能不断衰减，库区渗漏量显著增加。
（４）混凝土防渗墙使用年限估算。从防渗墙溶蚀和防渗性能两个方面对混凝土防渗墙使用年限进
行估算，不同溶蚀时间下混凝土防渗墙中钙离子浓度和渗透系数变化曲线如图 １５所示。一方面结合
已有文献［ ２６］成果，将氧化钙溶出量达 ２５％作为混凝土防渗墙溶蚀年限，本文将混凝土防渗墙中钙离
子浓度峰值折减 ２５％作为混凝土防渗墙使用年限。由图 １５可知，溶蚀初期，混凝土中的胶凝材料发
生水化反应使得防渗墙中钙离子浓度增大，随溶蚀历时增大，水化反应逐渐减弱，在渗透水流作用下
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防渗墙中钙离子不断被迁移出，当防渗墙中钙离子浓度下降至峰值的 ７５％，即 ３．６１４ｍｏｌ?ｍ 时，认定
混凝土防渗墙溶蚀年限为 ４４．０ａ。

图 １４ 堤坝、防渗墙单宽流量及防渗墙 图 １５ 防渗墙中钙离子浓度和渗透系数
单宽流量占比变化曲线 随溶蚀时间的变化曲线

另一方面，考虑堤坝坝基混凝土防渗墙有一定的防渗要求，防渗墙混凝土防渗等级需根据防渗墙
承受的水头、墙体厚度和建筑物重要性，并满足一定安全系数储备和渗透系数要求进行设定。一般塑性
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混凝土防渗墙防渗等级要求比常规混凝土要低，其渗透系数一般控制在 ｎ× １０ ｍ?ｓ范围（ｎ ∈（１，１０）），
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本文以 １．０ × １０ ｍ?ｓ作为混凝土防渗墙渗透系数控制指标。由图 １５可知，防渗墙渗透系数随溶蚀历时
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呈指数增加，当防渗墙渗透系数增大至 １．０ × １０ ｍ?ｓ时对应的溶蚀时间为 ６６．４ａ。
综合混凝土防渗墙钙离子迁移和渗透系数变化规律，认定该堤坝混凝土防渗墙使用年限为 ４４．０ａ。
文献［ ２６］开展了 １２个塑性混凝土试件长期渗透溶蚀试验，测定了塑性混凝土渗透系数和氧化钙含量，
计算得出塑性混凝土防渗墙使用年限为 ３７．１～６０．７ａ。新疆乌拉泊水库大坝已经运行了 ３３．０ａ，通过埋
设的测压管观测，暂未发现坝基渗流异常情况，其塑性混凝土防渗墙运行良好。本文计算成果与文献
［ ２６］研究成果的变化规律和数值均较为吻合，说明本文提出的混凝土防渗墙渗透溶蚀耦合分析模型合
理，适用于模拟堤坝混凝土防渗墙渗透溶蚀演化进程，研究成果亦可推广应用于土石坝坝基防渗结构
长期渗透溶蚀特性分析。

５ 结论

本文建立了考虑扩散－ 渗流－ 化学作用的混凝土渗流 － 溶蚀耦合分析模型，模拟了某复合土工膜砂

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