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目前，围绕混凝土溶蚀耐久性问题，已开展了大量室内试验和数值模拟研究 ［15-17］ ，其不仅揭示了
混凝土溶蚀劣化过程对不同因素的响应机制，而且为混凝土溶蚀劣化问题的治理提供了有益思路。由
于自然条件下的混凝土溶蚀过程较为缓慢，现有研究多采用室内加速溶蚀试验方法来评估混凝土的长
期性能表现，局限于材料尺度，难以反映整个结构在实际工程服役过程中的真实情况。因此，开发工
程尺度的混凝土结构溶蚀劣化分析模型十分必要。现有模型多是对不考虑渗流作用进行的接触溶蚀模
拟 ［18-19］ ，不能反映混凝土防渗结构长期服役的渗透溶蚀劣化特性。尽管也有部分学者 ［5-8，11，17］ 提出了
混凝土性能劣化模拟的渗流-溶蚀耦合模型，但这些模型均未考虑渗流作用对固相钙非平衡分解的影
响，并且忽略了 C-S-H 凝胶的分解，与实际情况不符。因此，有必要进一步研究适用于混凝土防渗结
构性能劣化分析的渗流-溶蚀耦合模型，以实现对土石坝混凝土防渗墙长期服役性能的科学评估。
本文基于饱和-非饱和渗流及钙溶蚀理论，提出了一种模拟混凝土防渗墙结构性能劣化的渗流-溶
蚀耦合模型，其不仅考虑了水化产物 C-S-H 凝胶的分解，还考虑了渗流作用对混凝土固相钙非平衡分
解过程的影响，并通过室内混凝土渗透溶蚀试验验证了模型的合理性。将该模型应用于浙江省某土石
坝工程，对其混凝土防渗墙长期服役过程中的渗透溶蚀演化特征及性能变化规律进行了分析。此外，
还提出采用临界水力梯度作为新的判别方法，对工程的土石坝混凝土防渗墙安全服役年限进行估算。本
文的研究成果可为土石坝混凝土防渗墙的渗透溶蚀耐久性和安全性评估提供理论依据和技术支撑。

2 渗流-溶蚀耦合模型

2.1 渗流模型 土石坝内的渗流通常涉及饱和带与非饱和带，因此可采用理查兹（Richards）方程描述
坝体内部的饱和-非饱和瞬态渗流场 ［20］ ：
ï ï ( C m ∂p + ∇ ⋅ ( ) = Q m
ì
ρu
ï ï ρ S e S p +
í ρg ) ∂t （1）
ï k s k r( ∇p + ρgz )
ï
ï ï u = - ρg
î
式中：ρ 为水的密度；C 为容水度；g 为重力加速度；S 为相对饱和度；S 为弹性贮水率；p 为孔隙水
m e p
压力；t 为时间；∇为拉普拉斯算子；u 为渗流流速；Q 为渗流场源汇项；k 为饱和渗透系数；k 为相对
m s r
渗透系数；μ 为水的动力黏度；z 为高程。
由于非饱和土体的水力特性对饱和度和压力的依赖性，导致式（1）高度非线性。为此，可采用精
度较高的 Van Genuchten 模型 ［21］ 描述土石坝渗流过程中非饱和带土体的水力特性：
S e = í( | β ) -m H p < 0
ì
ï ï 1 + | αH p
ï ï ï ï （2）
î 1 H p ≥ 0
ì αm ) -m -m ) m
ï ï
C m = í 1 - m ( θ s - θ r S e ( 1 - S e H p < 0 （3）
ï ï ï ï
î 0 H p ≥ 0
ï ïS e ( -m ) m ) 2
ì
k r = í 1/2 1 - ( 1 - S e H p < 0 （4）
ï ï
î 1 H p ≥ 0
式中：θ 为残余含水率；θ 为饱和含水率；H 为压力水头；α 为土壤水分特征曲线进气值的倒数；β 为
r s p
土壤水分特征曲线坡度的指示参数；m 为与 β 有关的参数，m=1‒1/β。
为减少模型计算所需参数量，对坝体渗流场采用饱和-非饱和方程求解计算。而坝基和混凝土防
渗墙多处于饱和带，故坝基和混凝土防渗墙内部的渗流场可采用较为简单的达西方程求解。
2.2 钙的溶解与迁移模型 溶蚀过程中，混凝土基质中的固相钙和孔隙溶液中的液相钙离子遵循质量
守恒方程。忽略温度对溶蚀过程的影响，在任意饱和度状态下，混凝土溶蚀过程中固相钙的分解和液

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