水庫(kù)大壩防滲帷幕滲流模擬試驗(yàn)研究

饒承彪 張細(xì)和

摘要：

為了研究水庫(kù)大壩壩基和廊道析出物的來(lái)源以及水庫(kù)蓄水后相應(yīng)水化學(xué)環(huán)境下壩基滲流場(chǎng)帷幕水泥結(jié)石中鈣質(zhì)的溶出與腐蝕特征、流失規(guī)律，分析不同介質(zhì)灌漿后形成的水泥結(jié)石組分與結(jié)構(gòu)特征，模擬了防滲帷幕體在不同工況下的滲流試驗(yàn)、強(qiáng)度試驗(yàn)和微觀試驗(yàn)。結(jié)果表明：壩基等析出物來(lái)源于帷幕體而非基巖；不同模擬介質(zhì)灌漿后形成的水泥結(jié)石成分大體相同；對(duì)灌漿效果較好的帷幕體系，在水庫(kù)蓄水后相應(yīng)水化學(xué)環(huán)境下，壩基滲流場(chǎng)中帷幕水泥結(jié)石在充填裂隙中會(huì)有一個(gè)持續(xù)自閉合的過(guò)程，使防滲帷幕的防滲效果逐漸得以強(qiáng)化。

關(guān)鍵詞：

水庫(kù)大壩； 防滲帷幕； 灰?guī)r； 英安巖； 滲流模擬； 析出物分析

中圖法分類號(hào)：TV32+2

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2023.04.015

文章編號(hào)：1006-0081（2023）04-0089-08

0 引 言

防滲帷幕是水電站或水庫(kù)大壩防滲堵漏的關(guān)鍵組成元素，在長(zhǎng)期高壓滲透水流的作用下，其水文化學(xué)環(huán)境復(fù)雜，大壩的防滲帷幕體系將因持續(xù)遭受侵蝕而老化衰減。帷幕體防滲性能的衰減問(wèn)題，至今仍備受工程界和學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。對(duì)非巖溶地區(qū)，大壩滲漏以裂隙性滲漏為主；對(duì)巖溶地區(qū)，滲流場(chǎng)較為復(fù)雜，兼具巖溶管道和裂隙性滲漏特點(diǎn)。在水利水電工程項(xiàng)目建設(shè)中，周邊地質(zhì)條件通常較為復(fù)雜。在水庫(kù)蓄水后，地下水位抬升會(huì)明顯改變水文地質(zhì)條件，這是引起滲漏的關(guān)鍵因素。中國(guó)約一半水庫(kù)建成于20世紀(jì)50～70年代，大多屬于“邊勘測(cè)、邊設(shè)計(jì)、邊施工”，工程標(biāo)準(zhǔn)低、施工質(zhì)量差，許多防滲工程達(dá)不到要求。經(jīng)過(guò)幾十年的運(yùn)行，部分防滲帷幕出現(xiàn)老化，造成滲漏增大，使水庫(kù)大壩處于病險(xiǎn)狀態(tài)。

目前，國(guó)內(nèi)對(duì)地基、基礎(chǔ)處理研究較多，正式出版了JGJ 79—2012《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》和《地基處理手冊(cè)》等規(guī)范和工具書。姚惠芹等［1］對(duì)華東某水電站的壩前、壩體、壩基等點(diǎn)位進(jìn)行水樣采集分析，詳細(xì)論證大壩壩基帷幕防滲性狀，指出防滲帷幕運(yùn)行過(guò)程中，局部防滲性能有降低。戴宏基［2］研究發(fā)現(xiàn)河灣地塊巖體以弱透水和中等透水為主，透水性較大巖體基本分布于灌漿帷幕底線以上。高珊［3］總結(jié)面板和防滲帷幕組成面板堆石壩的防滲結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行了防滲帷幕不同程度劣化滲流分析。國(guó)內(nèi)水庫(kù)大壩的建設(shè)規(guī)模有越來(lái)越大的趨勢(shì)，高水頭條件下防滲帷幕更容易出現(xiàn)滲漏，帷幕灌漿的施工也存在一定難度，姚飛雄，張維等［4-5］針對(duì)高水頭、軟巖等不利條件，提出了防滲帷幕的新型施工工藝。施華堂等［6］對(duì)烏東德水電站防滲帷幕布置方案進(jìn)行了優(yōu)化研究，使現(xiàn)場(chǎng)灌漿易于施工。高培培［7］針對(duì)高滲透壓力下防滲帷幕的滲漏問(wèn)題，開(kāi)展了高壓水道帷幕體性能演化機(jī)理的研究，總結(jié)了帷幕體性能演化機(jī)理、幕后析出物特征及形成機(jī)理等研究成果。滲流計(jì)算和模擬分析是研究防滲帷幕性能的重要形式。馮亞新等［8］開(kāi)發(fā)三維滲流分析程序，建立滲流模型，研究防滲帷幕尺寸參數(shù)及壩基參數(shù)對(duì)大壩滲流的影響。鐘正恒［9］研究了如美水電站的工程地質(zhì)環(huán)境，利用Visual Modflow軟件對(duì)中壩址區(qū)蓄水前后的滲流場(chǎng)進(jìn)行分析和對(duì)比，討論了防滲帷幕深度對(duì)滲漏量的影響，并對(duì)防滲帷幕處理的范圍進(jìn)行了工程地質(zhì)類比研究。寧鐘祥［10］利用三維數(shù)值模擬，得出防滲帷幕與壩后地下水的流動(dòng)特征。隨著研究不斷深入，對(duì)防滲帷幕的評(píng)價(jià)方法也開(kāi)始越來(lái)越多元，余波等［11］采用綜合分析方法，對(duì)混凝土壩基防滲帷幕體的老化模式及識(shí)別指標(biāo)進(jìn)行了探討。

從上述研究可知，當(dāng)前防滲帷幕的研究主要圍繞施工技術(shù)、數(shù)值模擬和防滲性能定性評(píng)價(jià)等，針對(duì)防滲帷幕析出物的研究和室內(nèi)模擬試驗(yàn)還相對(duì)較少。本文重點(diǎn)通過(guò)模擬試驗(yàn)研究各種防滲帷幕模型中水泥結(jié)石形成過(guò)程、防滲帷幕體結(jié)構(gòu)與組成，水泥結(jié)石遭受侵蝕的機(jī)理、過(guò)程和影響因素，突出水泥結(jié)石與現(xiàn)澆混凝土的差異，研究壩基和廊道析出物與可溶巖、非可溶巖、水泥結(jié)石之間的關(guān)系，分析總結(jié)蓄水前后不同時(shí)期壩基和防滲帷幕沿線的水文、環(huán)境水文地質(zhì)變化規(guī)律，為水電工程防滲帷幕設(shè)計(jì)、材料、施工工藝改進(jìn)以及防滲帷幕長(zhǎng)期運(yùn)行后的安全評(píng)價(jià)和補(bǔ)強(qiáng)處理提供理論基礎(chǔ)及指導(dǎo)思路。

帷幕灌漿的實(shí)質(zhì)是水泥漿液在高壓作用下充填巖溶管道或者孔隙（裂隙）的過(guò)程。實(shí)際的地質(zhì)體規(guī)模巨大，物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)異常復(fù)雜，為了在試驗(yàn)室中模擬出帷幕體的形成和變化過(guò)程，本文將設(shè)計(jì)帷幕體，模擬帷幕體在高壓水流的滲透作用下發(fā)生物理沖蝕和化學(xué)反應(yīng)?？紤]試驗(yàn)過(guò)程水流從帷幕體中流過(guò)的實(shí)際情況，采取有水壓和無(wú)水壓兩種工況。其中，無(wú)水壓工況采取自由滲透的方式進(jìn)行；有水壓工況對(duì)混凝土抗?jié)B試驗(yàn)的滲透試驗(yàn)方法進(jìn)行調(diào)整，使高壓情況下持續(xù)有水流從帷幕體中間流過(guò)并向外滲出，同時(shí)收集滲出的水流，對(duì)比滲透前后水樣。此外，為了模擬非巖溶地區(qū)和巖溶地區(qū)的區(qū)別，選取英安巖和灰?guī)r分別模擬非巖溶地區(qū)和巖溶地區(qū)。

1 原材料性能及配合比設(shè)計(jì)

1.1 原材料性能

本次研究采用的原材料包括海螺P.O42.5水泥、灰?guī)r和英安巖加工的人工骨料。其中，水泥密度為3.07 g/cm3，比表面積為308 m2/kg，標(biāo)準(zhǔn)稠度為27.6%，初凝時(shí)間162 min，終凝時(shí)間262 min，28 d抗壓強(qiáng)度50.8 MPa，28 d抗折強(qiáng)度7.7 MPa，安定性合格，水泥化學(xué)成分見(jiàn)表1。

試驗(yàn)用骨料自行加工，骨料最大粒徑80 mm，母巖分為灰?guī)r和英安巖。分別對(duì)灰?guī)r原巖和英安巖原巖進(jìn)行力學(xué)性能檢測(cè)。結(jié)果表明：灰?guī)r干密度2 735 kg/m3，干抗壓強(qiáng)度93.5 MPa，飽和抗壓強(qiáng)度71.0 MPa，彈性模量均值47.7 GPa，泊松比0.23；英安巖干密度2 613 kg/m3，干抗壓強(qiáng)度89.2 MPa，飽和抗壓強(qiáng)度66.3 MPa，彈性模量均值46.7 GPa，泊松比0.21?；?guī)r人工骨料和英安巖人工骨料物理性能均滿足DL/T 5144-2015《水工混凝土施工規(guī)范》要求。

按照DL 5151-2014《水工混凝土砂石骨料試驗(yàn)規(guī)程》中“2.36碳酸鹽骨料的堿活性試驗(yàn)”和“2.37骨料堿活性檢驗(yàn)（砂漿棒快速法）”，分別進(jìn)行灰?guī)r骨料堿活性試驗(yàn)，通過(guò)英安巖堿-硅酸鹽反應(yīng)測(cè)試其堿活性。試驗(yàn)結(jié)果表明：灰?guī)r骨料為非活性骨料，不存在堿-碳酸鹽反應(yīng)和堿-硅酸鹽反應(yīng)；英安巖骨料為具有潛在危害性反應(yīng)的活性骨料，當(dāng)采用25%及以上的粉煤灰摻量時(shí)，28 d試件膨脹率小于0.1%。

1.2 配合比設(shè)計(jì)方案

對(duì)于無(wú)水壓滲透試驗(yàn)，采用拌制的混凝土進(jìn)行試驗(yàn)。對(duì)于混凝土配合比的選擇，主要從混凝土抗?jié)B性及層面結(jié)合強(qiáng)度考慮，排除其他條件干擾。為保證實(shí)現(xiàn)大孔隙率、高滲透性的效果，混凝土配制選取中石和砂的組合，水灰比為1.2，含砂率20%；對(duì)于有水壓的滲透試驗(yàn)，僅選用粗骨料和水泥漿液模擬灌漿的過(guò)程進(jìn)行試驗(yàn)，石子級(jí)配選取中石∶小石=60∶40和100%中石兩種情況。兩種工況條件下的配合比見(jiàn)表2，3。

2 滲透試驗(yàn)

將拌制成型后的混凝土試件在溫度20±2 ℃、相對(duì)濕度95%以上標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中養(yǎng)護(hù)至28 d，后取出試驗(yàn)整體，分別進(jìn)行無(wú)水壓和有水壓滲透試驗(yàn)，并定期收集來(lái)自帷幕體中滲出的水樣。其中，對(duì)于無(wú)水壓工況，水流通過(guò)模擬的帷幕體整體，模擬長(zhǎng)期滲透過(guò)后帷幕被擊穿的過(guò)程。對(duì)于有水壓工況，采取增加水壓的方式，每8 h逐級(jí)增加一級(jí)水壓至1.0 MPa時(shí)測(cè)量滲水量，以計(jì)算其滲透速度。

2.1 試驗(yàn)方案

2.1.1 無(wú)水壓狀況下試驗(yàn)

（1） 制作鐵質(zhì)圓柱形試件桶，試件桶一端開(kāi)口一端封閉，桶尺寸為Φ40 cm×80 cm。

（2） 將拌制的大孔隙混凝土分兩次裝入試件桶中，同時(shí)將帶有塑料堵頭的進(jìn)水管埋入混凝土中，埋入深度大致為試件桶的中間位置，如圖1所示。

（3） 用搗棒將混凝土搗實(shí)，待模擬的帷幕體置于靜養(yǎng)間48 h后，用一頭尖銳的鋼筋伸入高壓水管中，將塑料小套捅破，并將帷幕體放入混凝土養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)28 d。

（4） 連接無(wú)壓緩慢水流，無(wú)壓水流由進(jìn)水管注入試件，自由流出。

（5） 收集從帷幕體中滲出的水流。

2.1.2 有水壓狀況下試驗(yàn)

（1） 將抗?jié)B儀的試模放置在一塊干凈的硬紙板上，向其中裝入級(jí)配比例配置好的粗骨料。

（2） 按照一定稠度比例配制好水泥漿液，快速將水泥漿液加入試件桶中，模擬灌漿過(guò)程（低壓慢灌）。

（3） 待模擬的帷幕體置于靜養(yǎng)間24 h后，將帷幕體放入混凝土養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)至28 d。

（4） 對(duì)試件進(jìn)行試驗(yàn)，定期收集滲出的水樣（圖2）。

2.2 有水壓工況下帷幕體滲透試驗(yàn)結(jié)果及分析

有水壓工況下帷幕體滲透速度計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。由表4可知：① 相同水壓條件下，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，滲透速度逐漸變小；② 模擬灌漿的方法影響滲透速度的大小，先加骨料后灌水泥漿液的方式滲透速度較??；③ 水灰比越小，滲透速度越??；④ 骨料級(jí)配良好，滲透速度越??；⑤ 不同試件同一時(shí)間周期，隨著施加水壓的增大，滲透速度增大；⑥ 英安巖骨料滲透速度低于灰?guī)r骨料滲透速度。

隨時(shí)間的推移，前期未完全水化的物質(zhì)在后期逐漸水化，后期水化的硅酸二鈣生成較粗大晶體，使結(jié)構(gòu)更加密實(shí)。水中一些細(xì)小雜質(zhì)入混凝土中，堵塞滲流通道；水中還存在一些礦物質(zhì)、離子等，長(zhǎng)期

在水流更新?tīng)顩r下可能會(huì)與水泥結(jié)石或巖石中的某些成分產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)生成細(xì)小晶體，發(fā)生膨脹而堵塞通道。英安巖骨料為活性骨料，未加入抑制堿骨料反應(yīng)的粉煤灰等抑制堿活性摻合料，后期堿硅反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生微膨脹作用（該過(guò)程發(fā)生需要較長(zhǎng)的時(shí)間，短期試驗(yàn)基本無(wú)影響）堵塞通道，導(dǎo)致滲流量減少，滲透速度減小。

隨著水壓的增大，水泥結(jié)石內(nèi)部晶體結(jié)構(gòu)遭到輕微破壞，水流通道得到一定緩解。但隨時(shí)間推移，滲水量依舊會(huì)減少，60 d后的滲透速度基本保持不變。這是由于試件內(nèi)部晶體基本穩(wěn)定，少許內(nèi)部水化反應(yīng)慢慢堵塞水流通道?；炷恋倪@種縮小內(nèi)部裂隙、阻塞水流通道的情況被稱為混凝土的自閉合現(xiàn)象［12］。長(zhǎng)期1.0 MPa的水壓下并無(wú)增加滲出水量和滲流通道的現(xiàn)象出現(xiàn)。

由于模擬的帷幕體具有“自閉合”過(guò)程，通過(guò)凍融方式進(jìn)行驗(yàn)證。將成型的試塊在最初成型后置于2 ℃以下凍融，使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生小裂隙，再進(jìn)行滲透試驗(yàn)觀察混凝土是否產(chǎn)生“自閉合”現(xiàn)象。本次帷幕體“自閉合”現(xiàn)象驗(yàn)證只選用英安巖，凍融造縫結(jié)果見(jiàn)表5。

試件成型后先凍融再養(yǎng)護(hù)有利于造縫。在先凍融的情況下，隨著凍融時(shí)間的增加，滲透水量呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，表明此時(shí)裂縫的寬度和數(shù)量有所增加。而先養(yǎng)護(hù)的情況下，隨著凍融時(shí)間的增加，滲透水量呈現(xiàn)減小趨勢(shì)，表明裂縫寬度和數(shù)量有所減少。由于模擬的帷幕體成型之后，水化反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行，先凍融情況下，即在水化熱初期（前7 d）進(jìn)行-15 ℃凍融試驗(yàn)，帷幕體內(nèi)部水分還未發(fā)生大量的水化熱反應(yīng)或延緩了水化熱反應(yīng)；內(nèi)部存在大量的小水珠，受到低溫影響凍成小冰粒，隨著凍融時(shí)間的增加，小冰粒數(shù)量增加，凍融過(guò)后開(kāi)始養(yǎng)護(hù)，導(dǎo)致內(nèi)部小冰粒開(kāi)始融化，小冰粒原先存在的位置將會(huì)變成水流通道，小冰粒越多，水流通道越多越大，所以滲流量隨著時(shí)間的增加變大。先養(yǎng)護(hù)情況下，初期（前7 d）水泥水化熱得到了較為充分的反應(yīng)，帷幕體內(nèi)部的剩余小水珠較少，受到帷幕體中小水珠結(jié)晶的影響很小，在低溫下水泥水化熱依舊緩慢進(jìn)行。因此，隨著凍融時(shí)間的增加，開(kāi)始進(jìn)行滲透的時(shí)間滯后，不利于水流通道的形成，導(dǎo)致滲流量減少。

2.3 不同工況下水樣試驗(yàn)結(jié)果及分析

選用貴陽(yáng)市生活用水進(jìn)行滲透試驗(yàn)，對(duì)滲透前的水樣進(jìn)行水質(zhì)分析（表6），并對(duì)比后期試驗(yàn)，這樣有利于微觀粒子的比較。

2.3.1 無(wú)水壓滲透試驗(yàn)水樣

無(wú)水壓滲透試驗(yàn)是在長(zhǎng)期無(wú)水壓水流的沖蝕下進(jìn)行，同時(shí)選用骨料進(jìn)行等時(shí)間浸泡（對(duì)比水樣），滲透出來(lái)的離子是來(lái)自基巖還是帷幕體。灰?guī)r骨料和英安巖骨料帷幕體經(jīng)過(guò)無(wú)水壓滲透試驗(yàn)后。比對(duì)水樣分析結(jié)果如圖3，4所示。

根據(jù)圖3，4可得出：① 無(wú)水壓工況下的滲透試驗(yàn)中各離子含量呈先增加后減小的變化趨勢(shì)，這是

由于混凝土表面存在很多細(xì)小微粒，會(huì)在水流的浸泡、沖刷中不斷流出且含量呈現(xiàn)增加趨勢(shì)；隨著無(wú)壓水流的不斷沖蝕，帷幕體逐漸穩(wěn)定，流出水樣中各離子含量隨之逐漸減小。② 滲透前后的水樣中SO42-和HCO3-大量減少，說(shuō)明兩種離子在模擬帷幕體中進(jìn)行了反應(yīng)，生成其他化合物膠結(jié)在帷幕體中，有可能堵塞水流通道［13］。③ 與滲透后水樣比較，砂石骨料長(zhǎng)時(shí)間浸泡試驗(yàn)表明：砂石中離子含量?jī)H有較小的增加趨勢(shì)且變化可忽略，即單純浸泡骨料，很難有離子析出。此外，發(fā)現(xiàn)SO42-有減少現(xiàn)象，表明微量SO42-和浸泡的骨料可發(fā)生反應(yīng)。

2.3.2 有水壓滲透試驗(yàn)水樣

根據(jù)有水壓滲透試驗(yàn)水樣分析結(jié)果，對(duì)灰?guī)r骨料和英安巖骨料帷幕體有壓水滲透試驗(yàn)后Cl-和CO32-的變化規(guī)律（圖5，6）進(jìn)行分析。

根據(jù)圖5，6（3組試驗(yàn)）可得出以下結(jié)論：① 有水壓工況下的滲透試驗(yàn)，除個(gè)別特殊點(diǎn)外，各離子含量變化呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢(shì)；有水壓工況選擇恒定水壓，固定的壓力會(huì)使“帷幕體”受到較均勻壓力滲出水流，水質(zhì)分析呈現(xiàn)的規(guī)律性好于無(wú)水壓工況。② 對(duì)比滲透前后的水樣，仍發(fā)現(xiàn)SO42-和HCO3-大量的減少，表明兩種離子在模擬帷幕體中進(jìn)行了反應(yīng)，生成其他化合物膠結(jié)在帷幕體中，有可能堵塞水流通道。③ 與滲透后水樣比較，砂石骨料長(zhǎng)時(shí)間浸泡試驗(yàn)的水樣中未發(fā)現(xiàn)CO32-，初步判斷帷幕滲流出的離子來(lái)自帷幕而非基巖。

3 強(qiáng)度試驗(yàn)

在150 mm混凝土立方體抗壓試模中加入中石和中、小石混合的配比，用相同的低壓慢灌方式模擬帷幕體養(yǎng)護(hù)，等待適當(dāng)?shù)凝g期后取出試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7。

采用回彈儀對(duì)滲透過(guò)程中的模擬帷幕體進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，180 d齡期的灰?guī)r骨料和英安巖骨料模擬帷幕體和試模成型試件（未滲透）抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果如圖7所示。

從表7和圖7可知：骨料級(jí)配良好的模擬試件抗壓強(qiáng)度更高，英安巖骨料試件抗壓強(qiáng)度普遍高于灰?guī)r骨料。相同齡期條件下，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期滲透的模擬帷幕體抗壓強(qiáng)度值高于抗壓試模成型試件（未滲透），說(shuō)明在長(zhǎng)期水流滲透情況下，水化反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行。

4 微觀試驗(yàn)

4.1 XRD和XRF試驗(yàn)

收集試驗(yàn)過(guò)程中從帷幕體中滲出的白色絮狀物質(zhì)，將其放置在烘箱中烘干。用XRF和XRD分別進(jìn)行化學(xué)成分分析和晶相分析［3］，XRF試驗(yàn)結(jié)果如表8所示，XRD試驗(yàn)結(jié)果如圖8，9所示。

由XRF和XRD試驗(yàn)結(jié)果（表8和圖8，9）可知：① 帷幕體中析出物的成分與巖樣性質(zhì)和試驗(yàn)工況相關(guān)性不大，主要成分均為CaO和CO2，初步分析來(lái)源于帷幕體中的水泥。② 無(wú)水壓和有水壓工況下，帷幕體中滲出的白色絮狀物衍射峰幾乎一樣，且該衍射峰與方解石的衍射峰極為相似。這表明白色絮狀物最終生成的是方解石的晶相結(jié)構(gòu)，形成過(guò)程如下：Ca（OH）2從帷幕體中滲出，暴露在空氣中后被氧化生成CaCO3，形成白色絮狀物，CaCO3經(jīng)過(guò)烘箱脫水最后形成三系的方解石結(jié)構(gòu)。③ 巖溶地區(qū)和非巖溶地區(qū)的試樣析出物結(jié)構(gòu)成分一樣，表明滲出的離子來(lái)自帷幕體而非基巖。

4.2 內(nèi)部晶相結(jié)構(gòu)分析

通過(guò)取芯的方法將試件內(nèi)部（中心）帷幕體取出，選取未受到破壞且外觀良好的試件，分別對(duì)先凍融后養(yǎng)護(hù)滲透60 d的純水泥漿液、未凍融滲透180 d的純水泥漿液和未凍融滲透180 d的骨料與水泥漿液結(jié)合體進(jìn)行XRD晶相內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析。

從XRD的衍射峰可以看出，無(wú)論何種情況，衍射峰均呈現(xiàn)一致?tīng)顟B(tài)，分析出的物質(zhì)為Ca（OH）2，表明水質(zhì)分析滲出的水流為強(qiáng)堿性，水化反應(yīng)產(chǎn)物為Ca（OH）2，再次證明滲出的離子來(lái)自帷幕體而非基巖。

4.3 壓汞分析（MIP）

試驗(yàn)采用AUTOPORE Ⅳ全自動(dòng)壓汞儀測(cè)定模擬帷幕體的孔隙特征。本次試驗(yàn)樣品的壓汞試驗(yàn)累積進(jìn)汞體積微分曲線如圖10～12所示。試驗(yàn)主要針對(duì)模擬帷幕體經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期滲透后的漿液材料，選用不同滲透齡期的對(duì)比分析試驗(yàn)。

根據(jù)各組樣品漿體中累積進(jìn)汞體積以及體積密度數(shù)據(jù)，可按照公式（1）計(jì)算得到經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期滲透后的硬化漿體孔隙率［13］：

φpore=VTIV×ρbulk×100%（1）

式中：VTIV為累積進(jìn)汞體積；ρbulk為體積密度；φpore為漿體孔隙率。

本文按照小于5，5～20 ，20～50 ，50～100 ，100～200? nm和大于200 nm的粒徑范圍，將混凝土孔分為6個(gè)等級(jí)，對(duì)混凝土孔結(jié)構(gòu)孔徑分布進(jìn)行研究，結(jié)果見(jiàn)表9。

從壓汞試驗(yàn)結(jié)果可知：經(jīng)過(guò)60 d和90 d的滲透以后，有害孔隙越來(lái)越大，但是再經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的滲透到180 d后，有害孔隙有變小或較小增長(zhǎng)的過(guò)程，表明混凝土存在縮小內(nèi)部裂隙、阻塞水流通道的“自閉合”現(xiàn)象。

4.4 內(nèi)部滲流通道觀察及分析

通過(guò)取芯方法將試件內(nèi)部（中心）的帷幕體取出，選取未受到破壞且外觀良好的試件，按照其組成可分為純水泥漿液試件和骨料與水泥漿液結(jié)合試件。按照其養(yǎng)護(hù)方式可分為先凍融后養(yǎng)護(hù)再滲透的試件和未凍融長(zhǎng)期滲透的試件。采用掃描電子顯微鏡（SEM）進(jìn)行鏡面晶體結(jié)構(gòu)的觀察，觀察結(jié)果如圖13～16所示。

由鏡面晶體結(jié)構(gòu)觀察結(jié)果可知：不論凍融與否，試件晶體鏡面結(jié)構(gòu)上都出現(xiàn)大量的晶簇，為水化反應(yīng)生成的Ca（OH）2結(jié)構(gòu)，其他無(wú)明顯的區(qū)別。對(duì)于純水泥漿液試件和骨料與水泥漿液結(jié)合的試件，骨料和水泥漿液發(fā)生明顯的反應(yīng)生成Ca（OH）2結(jié)構(gòu)晶簇，且表現(xiàn)的晶簇細(xì)小和繁多，有利于混凝土和帷幕體的防滲。

5 結(jié) 論

（1） 模擬防滲帷幕滲透試驗(yàn)和微觀試驗(yàn)結(jié)果分析表明，水利水電工程大壩析出物主要來(lái)自帷幕體而非基巖。

（2） 不同介質(zhì)（巖溶地區(qū)或非巖溶地區(qū)）灌漿后形成的水泥結(jié)石的成分大體相同，帷幕體中析出的白色絮狀物質(zhì)為三系的方解石結(jié)構(gòu)。

（3） 析出物成分與試驗(yàn)工況和巖樣性質(zhì)無(wú)關(guān)，不管滲透試驗(yàn)是否施加水壓力，巖溶地區(qū)和非巖溶地區(qū)析出物成分差別甚微。

（4） 對(duì)混凝土內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)分析表明，在一定的時(shí)間內(nèi)，隨著滲透時(shí)間的增長(zhǎng)，混凝土內(nèi)部有害孔隙減少，出現(xiàn)水流通道阻塞的“自閉合”現(xiàn)象，防滲帷幕防滲效果會(huì)逐漸得以強(qiáng)化。

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（編輯：李 慧）

Simulation test research on seepage of anti-seepage curtain of dams and reservoirs

RAO Chengbiao ，ZHANG Xihe

（Powerchina Guiyang Engineering Corporation Limited，GuiYang 550081，China）Abstract：

In order to study the source of precipitation in the dam foundation and the verandage of the reservoir，the dissolution and corrosion characteristics and loss rules of calcium in curtain cement stone in seepage field of dam foundation under the corresponding hydrochemical environment after reservoir impoundment，and analyzed the composition and structural characteristics of cement stone formed by grouting with different media，the simulated seepage test，strength test and microscopic test of the curtain body under different working conditions were performed.The results showed that the precipitates of dam foundation were derived from curtain body rather than bedrock.The composition of cement stones formed after grouting with different simulated media was roughly the same.For the curtain system with better grouting effect，the curtain cement stone in the seepage field of dam foundation had a continuous self-healing process in the filled fissure under the corresponding hydrochemical environment after the reservoir impoundment，and the anti-seepage effect of the anti-seepage curtain was gradually strengthened.

Key words：

reservoirs and dams； anti-seepage curtain； limestone； dacite； permeability simulation； precipitate analysis

收稿日期：

2022-07-12

作者簡(jiǎn)介：

饒承彪，男，工程師，主要從事建筑材料方面的工作。E-mail：raochengbiao_gyy@powerchina.cn