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右，防渗墙体内固相钙几乎完全溶出，土石坝和防渗墙渗流量均趋于稳定。因此，混凝土防渗墙的渗
透溶蚀过程直接决定了大坝的防渗与蓄水能力。
4.3.4 混凝土防渗墙安全服役年限预测 现有研究认为，当混凝土中固相钙溶出率达到 25% 时，混凝
［36］ ［5-6，8］
土强度将下降约 50% ，因此一些学者 将其作为判断防渗墙服役年限的标准。然而，混凝土防渗
墙的安全服役年限应综合考虑水力等因素，不同坝高和埋深下的防渗墙工作环境差异较大，仅以固相
钙溶出率作为判断标准可能导致估算结果过于保守或产生安全隐患。以本文研究的应用实例——浙江
某水库大坝为例，若以固相钙溶出率作为判别标准，则该坝防渗墙的服役年限约为 31 a，结论明显偏
保守，且与相关研究结论存在出入 ［6，36］ 。由图 7（a）可以看出，随着防渗墙服役时间的增加，防渗墙内
高水头峰值逐渐向下游推进，渗流路径逐渐缩短，水力梯度增大。根据文献［37］，塑性混凝土防渗墙
的临界水力梯度 J 约为 60，超出该值可能导致水力破坏。因此，本文提出以临界水力梯度为标准评估
c
防渗墙的安全服役年限的研究结论。
混凝土防渗墙服役过程中水力梯度的变化如图 9 所示。当防渗墙服役达到 10 a 左右，其顶部局部
区域水力梯度达 59，接近临界值；当服役至第 20、30 和 40 a 时，防渗墙顶部和底部局部水力梯度超
出了临界值，但大部分区域仍低于临界值，这表明防渗墙仅发生局部水力破坏。结合图 4，服役期前

40 a 混凝土防渗墙和大坝渗流量变化不显著，表明局部水力破坏对防渗性能影响有限；服役期至 50 a
左右，未溶蚀区域的水力梯度均超临界值，最大水力梯度达到 181，防渗墙整体发生了水力破坏。因
此，依据临界水力梯度，防渗墙的安全服役年限应为 40 ~ 50 a。图 9（b）显示了混凝土内部不同探针点
水力梯度随服役时间的变化。可以看出，各探针点处的水力梯度均随服役时间的增加呈指数型增长。
若以水力梯度达到 60 为标准，防渗墙安全服役年限约为 42.8 a，与文献［6，36］中的 37.1 ~ 60.7 a 结论
相符。此时，单宽防渗墙中固相钙溶出量为 1.16×10 mol，占总量的 37.7%。
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图 9 渗透溶蚀过程中混凝土防渗墙内部水力梯度的变化

5 结论

针对土石坝防渗墙长期服役的渗透溶蚀耐久性问题，本文研究了土石坝防渗墙长期服役过程中的
渗透溶蚀演化特征和性能变化规律，主要结论如下：（1）渗透溶蚀过程中，混凝土溶蚀深度与溶蚀时
间的 0.5 次方呈指数函数关系，所构建的渗流-溶蚀耦合模型能较好地还原室内试验中混凝土溶蚀深度
随时间的变化，证明了所提模型的合理性。（2）受水力因素的影响，土石坝防渗墙的钙溶蚀主要发生
在上游迎水面、绕渗部位及地层分界处；服役过程中，混凝土防渗墙固相钙的溶出量随服役时间的增
加呈指数型增长。（3）混凝土防渗墙的渗透溶蚀行为导致其平均孔隙率、扩散系数和渗透系数随服役
时间呈指数函数增长；混凝土防渗墙完全溶蚀后，其平均孔隙率增加约 7 倍，且渗透系数和扩散系数
增加 2 ~ 3 个数量级。（4）渗透溶蚀会导致防渗墙内部水头发生重分布，墙体内所能承受高水头作用的
有效区域逐渐减少；贯通墙体内无钙区的形成，为富集在防渗墙上游迎水面的地下水创建了渗漏通

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