Page 72 - 2025年第56卷第10期

注：A—I 为边界条件编号；①—⑧为材料编号
图 3 水库大坝的典型断面

表 1 模型计算初始参数
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编号 材料 φ k /（m/s） D /（m /s） θ /（m /m ） θ /（m /m ） α/m ‒1 β C /（mol/m ） C / （mol/m ）
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0 0 0 s r CH CSH
① 砂砾石 0.60 3.00×10 -5 1.06×10 −9 0.42 0.027 23.2 2.75
② 砂壤土 0.40 7.53×10 -7 1.06×10 −9 0.41 0.065 7.50 1.89
③ 黏土心墙 0.38 7.84×10 -7 1.06×10 −9 0.49 0.123 0.80 1.09
④ 砾砂层 0.22 4.90×10 -6 1.06×10 −9
⑤ 碎石层 0.22 4.90×10 -6 1.06×10 −9
⑥ 熔结凝灰岩 0.30 2.00×10 -7 1.06×10 −9
⑦ 粉质黏土截水槽 0.53 1.45×10 -6 1.06×10 −9
⑧ 塑性混凝土防渗墙 0.05 3.50×10 -12 4.50×10 -10 3379 5561
注：坝基和混凝土防渗墙的渗流场采用达西方程描述，故不涉及非饱和参数。

模型边界条件和初始条件依据工程实际情况确定。对于饱和-非饱和渗流场，上游水位线以下边
界 AI 为定水头边界，水头为 28.60 m（对应正常蓄水位）；下游 DE 边界为定水头边界，水头为 0 m；土
石坝非饱和渗流计算中的溢出边界（FE）可参考文献［35］设置为透水层边界；其余边界均假定为无流动
边界。对于溶蚀场，上游水位线以下边界 AI 为流入边界，并假定库水中的 Ca 浓度为 0 mol/m ；下游
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DEF 边界为流出边界；其余边界均为无通量边界。渗流场初始条件假设压力水头为 0 m，溶蚀场初始
条件假设防渗墙初始 Ca 浓度为饱和浓度 22.1 mol/m ，其余计算域取 0 mol/m 。模型采用三角形网格进
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行离散，并对防渗墙的网格进行细化处理，共产生 88 697 个域单元和 2761 个边界单元。
4.3 结果与讨论
4.3.1 混凝土防渗墙渗透溶蚀演化特征 图 4 给出了渗透溶蚀过程中土石坝混凝土防渗墙内固相钙的
演变。由图 4（a）可以看出，钙溶蚀主要发生在防渗墙上游迎水面、顶部和底部，且随着服役年限的增
加，溶蚀区域逐渐增大。相比之下，防渗墙下游背水侧的溶蚀行为不明显，几乎可以忽略不计。这是
因为混凝土防渗墙上游迎水面承受较高水头，水头差导致自上游向下游的渗流，使迎水面固相钙率先
发生溶出。防渗墙顶部和底部的溶蚀主要由绕渗现象引起，绕渗水流加剧了固相钙的溶出。值得注意
的是，不同地层分界处的混凝土防渗墙钙溶蚀差异较为显著，这主要是因为不同地层渗透性差异会引
起接触冲刷行为，进而加剧该区域混凝土防渗墙的钙溶蚀。由此可见，土石坝混凝土防渗墙的钙溶蚀
行为与水力因素密切相关，在探究其长期服役耐久性时，有必要考虑渗流-溶蚀耦合效应。
混凝土防渗墙服役过程中固相钙含量的变化如图 4（b）所示。可以看出，随着服役时间增加，混凝
土防渗墙中的固相钙不断溶解析出，剩余固相钙含量逐渐减少。当防渗墙服役至 73.5 a 左右，其内部
的固相钙几乎完全溶出。在服役的前 68 a，防渗墙中固相钙的溶出量与服役时间呈指数增长关系，固

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