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高坝中的坝基防渗体渗透溶蚀问题亟需探讨。

图 １ 长河坝特高土心墙堆石坝渗透溶蚀现象
在分析渗透溶蚀效应时，需要考虑渗流模型、钙离子运移模型与固相钙分解模型之间的耦合以及
材料特性的演变 ［７ － ８］ 。渗流－ 溶蚀耦合模型的数值实现多采用溶液中的钙离子浓度、孔隙率及孔隙水压
力作为基本的求解自由度 ［１６ － １７］ ，求解过程中容易降低二次求解的固相钙浓度的精度，然而试验中固相
钙浓度通常被用于与水泥基材料性能建立直接关系 ［１８］ 。因此，可建立一种能够高精度求解固相钙浓度
的求解算法，便于建立固相钙浓度与水泥材料性能之间的关系。
目前，一些工程已经考虑了水泥基材料渗透溶蚀效应，主要集中在混凝土重力坝 ［１９ － ２０］ ，渗透溶蚀
效应会抬升某重力坝的浸润线，易在帷幕顶部形成 “贯穿型” 渗漏通道。Ｚｈａｎｇ等 ［２１］ 研究了石漫滩碾
压混凝土重力坝的渗流与溶蚀特征；贾攀 ［２２］ 研究了重力坝渗透溶蚀效应对渗透－ 溶蚀模型参数的敏感
性。此外，甘磊等 ［２３］ 研究了某堤坝防渗墙渗透溶蚀演变规律，预测了该堤坝的使用年限。然而，特高
土心墙堆石坝多采用水泥基材料作为坝基防渗材料，针对其渗透溶蚀效应的研究尚未开展。因此，研
究渗透溶蚀效应下特高土心墙堆石坝水泥基材料坝基防渗体的性能演变过程，分析坝体渗流与溶蚀现
象的演化规律，对工程结构安全性评价及全生命周期的性态把控具有重要意义。
因此，本文针对渗透溶蚀效应下特高土心墙堆石坝坝基防渗体的渗流与溶蚀问题，提出一种水泥
基材料的渗流－ 溶蚀耦合模型，研究渗透溶蚀效应下特高土心墙堆石坝坝基防渗体渗流溶蚀特征，探
讨渗透溶蚀效应下特高土心墙堆石坝的退役标准，预测坝体的服役年限。以期该研究成果可为特高土
心墙堆石坝的设计及长效运行提供参考。

２ 水泥基材料渗流－ 溶蚀耦合模型

在构建渗流－ 溶蚀耦合模型控制方程时，本文假定：（１）不考虑温度对渗流及溶蚀的影响；（２）
分解产生的钙离子不会发生二次反应。
２．１ 控制方程 采用达西定律描述水泥基材料孔隙中水的流动行为 ［２４ － ２５］ ，其可表示为：
 （ θρ ）
＋ ·（ ρ ｕ） ＝Ｑ
Δ
 ｔ ｍ
（ １）
ｋ
ｕ ＝－ （ ｐ ＋ ρ ｇ）
ρ ｇ
Δ
３
式中：θ 为水泥基材料溶蚀后的孔隙率；ρ 为溶液的密度，本文取 １０００ｋｇ?ｍ ；ｔ为溶蚀时间；ｕ为孔
隙中溶液的流速矢量； 为哈密顿算子；Ｑ 为源项；ｋ为渗透系数；ｇ为重力加速度；ｇ为重力矢量；
ｍ
Δ
ｐ为孔隙水压力。
水泥基材料中 固 相 钙 分 解 仅 考 虑 ＣＨ 分 解 反 应，该 假 定 已 被 广 泛 应 用 于 水 泥 基 材 料 的 溶 蚀 研
究 ［２０，２３，２６］ ，这主要是由于水泥基材料的 ＣＨ与 Ｃ － Ｓ － Ｈ依次分解 ［８］ ，ＣＨ溶出量达到 ２５％时，其强度已
降低 ５０％以上 ［２７］ ，导致其结构无法满足工程要求。根据文献［２８ － ２９］中的固相钙分解速率与溶液中钙

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