大壩基礎(chǔ)帷幕體防滲效果及其時效性研究

大壩在世界各國防洪、灌溉、供水、發(fā)電、航運、水產(chǎn)養(yǎng)殖及旅游等許多方面發(fā)揮了巨大的效益，展望未來，水資源問題將成為全球環(huán)境與經(jīng)濟發(fā)展的“瓶頸”，而大壩作為重要的水利工程仍將扮演著有效及合理利用全球有限水資源的關(guān)鍵角色。

修建大壩，攔水造庫，這是人類征服自然和改造自然，使其為人類造福的一個重大措施。建壩后，大壩周邊自然環(huán)境及地質(zhì)環(huán)境發(fā)生劇烈變化，在庫水壓力作用下可導(dǎo)致壩基滲漏，危及大壩安全。壩基帷幕體的修建正是為了對大壩基礎(chǔ)進行加固和防滲。但是，由于長期遭受高壓滲流、溶蝕等，造成水與巖石、水與帷幕體相互作用長期存在，可造成壩基揚壓力升高、滲流量增加等問題，從而造成壩基帷幕防滲作用衰減以致失效。因此正確分析評價防滲帷幕的完好程度，及其防滲耐久性，可望為大壩是否正常運行的判定提供重要的依據(jù)。

本文在前人研究的基礎(chǔ)上，從壩基地下水宏觀動態(tài)和微觀動態(tài)入手進行研究，分別從計算數(shù)學、化學熱力學、化學動力學和水－巖－帷幕體相互作用多場耦合等多方面定性及定量揭示了壩基帷幕體防滲性能的衰減規(guī)律，形成了較完整的評價壩基帷幕體防滲效果的方法體系。壩基地下水宏觀動態(tài)上，采用軍事上的多傳感器數(shù)據(jù)融合方法，分別按照具體的條件，進行分類融合評判，揭示了壩基帷幕體的防滲效果的衰減程度；壩基地下水微觀動態(tài)上，采用了改進的牛頓公式進行迭代計算，提高了運算速度和精度，應(yīng)用改進后的模型能更真實地反映區(qū)內(nèi)水溶液與相關(guān)礦物之間的反應(yīng)狀態(tài)；根據(jù)多場耦合作用的基本理論，建立了壩基水－巖－帷幕體相互作用多場耦合模型，并采用有限元方法求解。模擬結(jié)果表明，壩基帷幕體不同部位、不同時刻具有不同的液－固相間因地球化學反應(yīng)引起的鈣離子的遷移量，揭示了帷幕體的弱化趨勢和衰減的過程。

本書共6章，第一章“緒論”，介紹了大壩帷幕體的定義和幾種形式，分析了國內(nèi)外針對帷幕體的防滲性和耐久性的研究現(xiàn)狀及存在的問題，介紹了研究的路線、思路和方法，并據(jù)此提出了本書的主要研究內(nèi)容。第二章“大壩帷幕體的基本特征以及防滲性能的影響因素”，主要從理論和實踐方面論述了壩基帷幕體材料特征、幾何形態(tài)以及影響帷幕體防滲效果的若干因素。從理論方面論述了形成帷幕體的結(jié)構(gòu)類型及其材料形成的特點；從實踐方面將帷幕體分為封閉式帷幕和懸掛式帷幕；從帷幕的形成方式分為主帷幕和副帷幕；依據(jù)帷幕灌漿排數(shù)的不同，將其分為單排孔直線式、雙排孔形式、三排孔形式和其他布孔形式。第三章“基于多傳感器數(shù)據(jù)融合的理論與方法評價帷幕體防滲性能”，介紹了本章針對不同情況，采用不同的方法融合同類同步和異類同步數(shù)據(jù)。對于同類同步多傳感器數(shù)據(jù)，依據(jù)估值理論的最小誤差均方差準則多傳感器融合方法；對于異類同步多傳感器數(shù)據(jù)采用基于Bayes理論的融合技術(shù)，以揭示壩基帷幕體的防滲效果。通過實例分析得知，壩基帷幕體的防滲性能具有階段性衰減及不可逆的特征，即呈現(xiàn)一種“陡變－緩變－陡變……”的反復(fù)趨勢。第四章“基于化學熱力學理論與方法評價帷幕體防滲性能”，介紹了利用化學熱力學方法評價帷幕體的防滲效果，其本質(zhì)就是研究壩基地下水與帷幕體之間的作用，而溶解－沉淀作用則是液－固兩相間發(fā)生的最為普遍的地球化學作用。第五章“反映帷幕體防滲時效的多場耦合作用模擬”，建立的壩基水－巖－帷幕體相互作用多場耦合模型，以數(shù)學的語言刻畫滲水在壩基固相中的滲流過程、水溶組分的遷移過程以及帷幕體與滲流之間的相互作用過程，采用有限元求解方法，比較真實地描述了壩基帷幕體的物理－化學特性隨時間的變化過程，模擬結(jié)果反映壩基和帷幕體不同部位、不同時刻水－巖－帷幕體間地球化學反應(yīng)引起的質(zhì)量交換量，進而揭示了帷幕體防滲性能的弱化趨勢和衰減的過程。第六章“研究總結(jié)與展望”，對本書研究內(nèi)容進行了總結(jié)歸納，并對帷幕體防滲耐久性分析理論及仿真分析方面提出了展望。

本書部分內(nèi)容是在筆者博士論文和近年來對大壩防滲結(jié)構(gòu)性能變化等研究成果的基礎(chǔ)上凝練而成，相關(guān)資料的收集、整理得到了華北水利水電大學、中國電建集團華東勘測設(shè)計研究院有限公司及河海大學等單位老師、同仁的大力支持與幫助。另外，部分理論也參考和借鑒了國內(nèi)外相關(guān)論著、論文的觀點。筆者在此表示感謝。本書的出版得到了國家自然科學基金項目（51279064，31360204，51509091），河南省高等學校重點科研項目（15B570001），河南省高校科技創(chuàng)新團隊支持計劃（14IRTSTHN028）和河南省高校科技創(chuàng)新人才支持計劃（14HASTIT047）等項目的資助。

壩基帷幕體防滲耐久性的研究是一個涉及多因素影響且相對復(fù)雜的問題，目前仍有許多問題有待研究，由于作者水平有限，錯誤和不足之處懇請專家和讀者不吝批評指正。

作 者

2015年6月

第一章 緒論 1
1.1 問題的提出 1
1.2 研究意義 2
1.3 研究現(xiàn)狀與趨勢 4
1.4 研究內(nèi)容及關(guān)鍵問題 12
1.4.1 研究內(nèi)容 12
1.4.2 關(guān)鍵問題 14
1.5 研究的技術(shù)路線 14
第二章 大壩帷幕體的基本特征以及防滲性能的影響因素 17
2.1 帷幕體的材料特征 17
2.2 研究現(xiàn)狀 21
2.2.1 滲透性 21
2.2.2 溶蝕性 23
2.3 混凝土滲透與溶蝕研究存在問題 26
2.4 帷幕體的幾何特征 27
2.5 影響帷幕體防滲性能的若干因素 32
2.5.1 地質(zhì)因素 32
2.5.2 水化學侵蝕因素 32
2.5.3 其他因素 34
2.6 本章小結(jié) 35
第三章 基于多傳感器數(shù)據(jù)融合的理論與方法評價帷幕體防滲性能 36
3.1 多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)的基本理論 36
3.2 多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)的基本結(jié)構(gòu) 38
3.3 同類同步多傳感器數(shù)據(jù)融合方法評價帷幕體防滲性能 41
3.3.1 基于估值理論的最小誤差均方差準則的多傳感器數(shù)據(jù)融合方法 41
3.3.2 工程實例應(yīng)用 43
3.4 異類同步多傳感器數(shù)據(jù)融合方法評價帷幕體防滲性能 49
3.4.1 基于Bayes理論的多傳感器數(shù)據(jù)融合方法 49
3.4.2 工程實例應(yīng)用 51
3.5 本章小結(jié) 57
第四章 基于化學熱力學理論與方法評價帷幕體防滲性能 58
4.1 化學熱力學的基本理論 58
4.1.1 體系與環(huán)境 58
4.1.2 化學位和自由能 59
4.1.3 化學平衡和質(zhì)量作用、質(zhì)量守恒定律 60
4.1.4 飽和指數(shù) 60
4.2 傳統(tǒng)的飽和指數(shù)模型及其不足 62
4.3 飽和指數(shù)模型及其求解方法的改進 66
4.3.1 活度系數(shù)計算公式的擴展 66
4.3.2 迭代過程控制閾值的選擇 67
4.3.3 絡(luò)合物種類的擴充 68
4.3.4 模型算法的改進 69
4.4 模型應(yīng)用實例 72
4.4.1 工程概況 72
4.4.2 壩基地下水質(zhì)特征 74
4.4.3 模型計算結(jié)果及分析 74
4.5 本章小結(jié) 78
第五章 反映帷幕體防滲時效的多場耦合作用模擬 80
5.1 水－巖－帷幕體相互作用多場耦合作用的基本理論 80
5.2 多場耦合模型的建立及其求解方法 88
5.2.1 模型假設(shè) 89
5.2.2 基本模型 89
5.2.3 求解方法 94
5.3 基于化學熱力學及動力學混合式的水文地質(zhì)參數(shù)反演 102
5.4 模型應(yīng)用 106
5.4.1 工程概況 106
5.4.2 水文地質(zhì)參數(shù)的確定 109
5.4.3 模型計算 111
5.4.4 模擬結(jié)果分析及討論 120
5.5 本章小結(jié) 124
第六章 研究總結(jié)與展望 125
參考文獻 128

1. 信息技術(shù)基礎(chǔ)（麒麟操作系統(tǒng)+WPS Office） [主編　芮雪　蔣莉　王亮亮]
2. Office高級應(yīng)用項目式教程（第2版） [主編 李觀金 張倩文 黎夏克 ]
3. 巧用翻譯學英語：英漢互譯500例 [王學文 著]
4. 高等教育多維評價體系構(gòu)建與高質(zhì)量發(fā)展研究 [張妍 著]
5. 系統(tǒng)規(guī)劃與管理師章節(jié)習題與考點特訓（第二版） [主編 薛大龍]
6. 計算機操作系統(tǒng)實踐指導(dǎo)（openEuler版） [主編 秦光 曾陳萍 岳付強]
7. 信息系統(tǒng)管理工程師真題及模考卷精析（適用機考） [主 編 薛大龍 程 剛 上官緒]
8. 航海類院校體育教育教學研究 [張利超 李寧 著]
9. 新時代背景下我國職業(yè)教育產(chǎn)教融合長效機制建設(shè)研究 [王玉賢 著]
10. 電路分析 [主編 李飛 毛先柏]
11. 信息系統(tǒng)管理工程師（適用第2版大綱）一站通關(guān) [指尖瘋　編著]
12. 傳統(tǒng)山水畫論解讀與實踐 [陳鈉 著]
13. 網(wǎng)絡(luò)工程師備考一本通（適配第6版考綱） [夏杰 編著]
14. 陳孝云的職教理想與情懷 [祝吉太 江傳瑞 張義廷 著]
15. 地方本科院校電子信息學科課程思政案例集 [王甫]
16. Excel數(shù)據(jù)處理與分析（第二版） [主編 張志明 鄒 蕾]
17. 網(wǎng)絡(luò)工程師5天修煉（適配第6版考綱） [主編　朱小平 施游]
18. 倉儲管理實務(wù)（第二版） [周寧武 編著]
19. 基于AE與C#的地理信息系統(tǒng)二次開發(fā) [李小根 賈艷昌 喬翠平 姜彤 ]
20. 2023年長沙市文化和旅游業(yè)發(fā)展報告 [主編 陳莉]
21. 舞臺化妝造型設(shè)計 [主編 劉思彤 張 濤 張憶雨]
22. 產(chǎn)教融合視角高校體育專業(yè)實踐教學體系構(gòu)建研究 [楊柳青 葉華兵 著]
23. 知識圖譜及應(yīng)用案例 [張善文 黃文準 于長青 陳明淑]
24. Python程序設(shè)計案例教程（微課版） [主編　石利平　田輝平　余以勝]
25. 皓月繁星：青少年兒童心理成長手冊 [主　編　林贊歌 副主編　杜志南]
26. 材料力學 [章寶華 趙新勝 徐斌]
27. 系統(tǒng)集成項目管理工程師考試32小時通關(guān)（第3版） [主編　薛大龍 副主編　上官緒陽]
28. 軟考論文高分特訓與范文10篇——系統(tǒng)分析師（第二版） [薛大龍 鄒月平 施游]
29. 黃河海勃灣水利樞紐防凌安全運行 [王戰(zhàn)領(lǐng) 王叢發(fā) 范瑜彬 著]
30. 大學生心理健康教育 [方雄 著]