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水 利 学 报

２０２３年 ８月 ＳＨＵＩＬＩ ＸＵＥＢＡＯ 第 ５４卷 第 ８期

文章编号：０５５９ － ９３５０（２０２３）０８ － ０９４２ － １３

特高土心墙堆石坝坝基防渗体渗流－ 溶蚀特征研究

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徐力群 ，赵邵峰 ，沈振中 １，２ ，刘得潭 １，３ ，甘 磊 １，２ ，张志银 ４
（１．河海大学 水利水电学院，江苏 南京 ２１００９８；
２．河海大学 水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，江苏 南京 ２１００９８；
３．大唐水电科学技术研究院有限公司，广西 南宁 ５３０００７；
４．四川大唐国际甘孜水电开发有限公司，四川 康定 ６２６００１）

摘要：针对渗透溶蚀效应下特高土心墙堆石坝的渗流与溶蚀问题，构建了以孔隙水压力、固相钙浓度与钙离子浓
度为自由度的水泥基材料渗流－ 溶蚀耦合模型。以长河坝工程为背景，研究了特高土心墙堆石坝的渗流溶蚀特征，
探讨了渗透溶蚀效应下特高土心墙堆石坝的失效标准，预测了坝体的服役年限。渗透溶蚀效应降低了坝体的防渗
能力，服役 １００ａ后坝体浸润线逸出点将较初始时刻抬升 １．９５ｍ；随着服役年限的增加，覆盖层、副防渗墙的渗
透坡降增加，心墙、主防渗墙和防渗帷幕的渗透坡降降低；水泥基材料固相钙溶蚀相对严重的区域集中在两道防
渗墙中下部、固结灌浆靠下游侧及防渗帷幕，靠近复合土工膜和高塑性黏土的坝基防渗体溶蚀程度较低。从固相
钙的分解率、渗透系数、渗流量、渗透坡降和边坡稳定等角度分析，认为考虑渗透溶蚀效应时长河坝的服役年限
约为 ６８．３ａ，降低主防渗帷幕的初始渗透性可较为有效地延长坝体服役年限。特高土心墙堆石坝坝基水泥基结构
渗透溶蚀效应不可忽视，其设计、运行及维护应充分考虑水泥基材料的渗透溶蚀效应。
关键词：渗流－ 溶蚀耦合模型；水泥基材料；坝基防渗体；堆石坝；服役年限；长河坝
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分
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．
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：
Ｔ
号
Ｖ
类
中
文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０．１３２４３?ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｌｘｂ．２０２３００１０
图
１ 研究背景
坝基防渗体是水利工程中用于提高坝基防渗能力的结构，包括防渗墙和灌浆帷幕等，多以水泥基
材料构成。以黏性土为主要防渗材料的土石坝也常采用水泥基材料构建坝基防渗体 ［１］ 。坝基防渗体承
担了坝体主要防渗任务，能削减地层渗透坡降、降低坝体浸润线、减少渗流量 ［２ － ５］ 。在水溶液中，水
泥基材料中的氢氧化钙（ ＣＨ）与水化硅酸钙（Ｃ － Ｓ － Ｈ）固相钙会发生分解 ［６ － ７］ ，且渗流作用会加剧 ＣＨ与
Ｃ － Ｓ － Ｈ的分解，使得水泥基材料渗 透系数、扩散系数与 孔隙 率增 大，致 使 抗渗 性能 下降，强度降
低 ［８］ ，本文称这种现象为 “渗透溶蚀效应”。坝基防渗体中水力梯度大，水泥基防渗结构的渗透溶蚀
效应严重。
渗透溶蚀效应是主要的大坝病害之一 ［９］ ，Ｃｏｌｏｒａｄｏ拱坝、ＤｒｕｍＡｆｔｅｒｂａｙ拱坝 ［１０］ 、丰满混凝土重力
坝 ［１１］ 和石漫滩碾压混凝土重力坝 ［１２］ 均因渗透溶蚀效应产生了严重损坏。近年来，特高土心墙堆石坝
应用广泛 ［１３ － １４］ ，其工作环境水头高 ［１，１５］ ，坝基水泥基材防渗结构（如防渗帷幕和防渗墙）及心墙内部
的混凝土廊道都存在渗透溶蚀效应，图 １展示了长河坝特高土心墙堆石坝的大坝基础廊道与右岸斜坡
廊道排水管的钙析出现象。我国有大量已建、在建和拟建的高土石坝，如两河口（坝高 ２９５．０ｍ）、双
江口（坝高 ３１２．０ｍ）、如美（坝高 ３１５．０ｍ）、糯扎渡（坝高 ２６１．５ｍ）和其宗（３５６．０ｍ）等堆石坝，这些

收稿日期：２０２３ － ０１ － ０８；网络首发日期：２０２３ － ０８ － １７
网络首发地址：ｈｔｔｐｓ：??ｋｎｓ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ?ｋｃｍｓ?ｄｅｔａｉｌ?１１．１８８２．ＴＶ．２０２３０８１６．１４５３．００１．ｈｔｍｌ
基金项目：河海大学中央高校基本科研业务费项目自由探索专项（Ｂ２００２０３０３９）；国家重点研发计划项目（２０１９ＹＦＣ１５１０８０２）；国
家自然科学基金面上项目（ ５２１７９１３０）；国家自然科学基金?雅砻江联合基金项目（Ｕ１７６５２０５）
作者简介：徐力群（１９８３ － ），博士，副教授，主要从事工程渗流分析控制与优化研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｘｌｑ＠ｈｈｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
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