碾压混凝土层间水分非饱和传输试验与数值分析

李明超，冯 达，张梦溪，邓根华，张俊涛，何殷鹏

（1.天津大学 水利工程仿真与安全国家重点实验室，天津 300350；2.黄河勘测规划设计研究院有限公司，河南 郑州 450000）

1 研究背景

碾压混凝土因其成本低、施工便捷、施工速度快、温控简单等［1-2］特点被广泛应用于水利工程，但是大仓面碾压施工技术导致层间结合质量参差不齐，由此引发的裂缝及渗漏问题也尤为严重［3-4］。通常情况下水利工程环境复杂恶劣，环境侵蚀会对混凝土结构造成严重的破坏，裂缝、层面等薄弱环节尤为严重，导致混凝土结构耐久性降低，影响水工结构的正常使用，产生巨额的维护和修理费用。环境中的侵蚀物质主要分为气态和液态两种类型，通常以水为载体，以混凝土孔隙为传输通道侵入材料内部影响混凝土耐久性［5-6］， 因此透水性可以用来评价混凝土耐久性。研究表明，大多数混凝土结构都处于非饱和状态［7-9］。碾压混凝土服役环境复杂，大部分坝体都处于非饱和状态。水在混凝土材料中两种主要的传输机制为渗透和吸收，渗透是指水在压力梯度下的流动，吸收则表现为通过毛细作用吸水［7-8］。混凝土坝存在大面积区域处于水面之上或邻近水面，此时毛细作用在水分传输过程中占主导地位。因此探究毛细作用对碾压混凝土耐久性的影响，了解混凝土受侵蚀机理及其影响因素，对于水工结构的安全运行和维护具有重要意义。

为探究混凝土毛细作用的影响效果和机理，研究人员进行了试验和仿真分析，取得了一系列重要的成果。在试验分析方面，开展了初始条件、裂缝等因素对混凝土水分传输影响的系列试验。Cas⁃tro 等［8］、Leech 等［10］和Chang 等［11］通过试验分析了不同初始条件（不饱和程度、骨料体积比、水灰比、胶凝材料等）对混凝土非饱和传输的影响，明确了各要素对非饱和传输的影响效果及程度。Bogas 等［12］和Bao 等［13］开展了裂缝对混凝土毛细吸水影响的试验研究，分析了自然裂缝、人工裂缝和离散裂缝的不同影响。也有学者应用了一些先进的测量手段和研究方法，Abd 等［14］通过中子射线照相法研究了砖样中的水吸附率和毛细渗透系数之间的关系，同时分析了不同密封方式对毛细作用的影响。娄亚东［15］借助吸水动力法和扫描电镜深入分析了碾压混凝土层间微结构，分析揭示了不同层间处理方式对混凝土层间渗透性能的影响规律，并提出了相应的工程措施。上述试验得出的结果一般比较可靠且都满足特定规律，但由于人为和自然影响因素过多，往往会出现试验结果与实际不符的情况，且难以得到合理的解释。

更多学者借助有限元、离散元等方法建立混凝土毛细吸水模型，更形象地解释毛细作用的机理。Liang 等［16］和Li 等［17］通过有限元细观模拟分析了水灰比、骨料体积分数等对混凝土透水性能的影响，突出了界面过渡区对于整个传输过程的重要作用，从细观层面解释了初始条件对混凝土透水性能的影响机理。Abyaneh 等［18］通过细观模拟分析了微裂缝对整体混凝土吸水性能的影响，揭示了裂缝对混凝土透水性能的影响机理。文献［19］通过元胞自动机的框架建立细胞状态变量集，给出了在水分传输和离子扩散影响下的演化规律。虽然模拟分析相较于试验而言，条件变量更明确，但由于网格划分、模拟精细程度等原因往往会导致模拟结果不合理不精确，无法完全还原真实情况，难以满足实际工程要求。

部分学者采用模拟和试验相结合的方式，用试验验证模型，模拟扩展试验的方式使结论和规律更有说服力。Ma 等［20］通过试验和细观模拟的方式研究了混凝土单轴抗压强度的影响因素，建立并验证了三维细观模型的可行性和精度；朱岳明等［21］通过试验和算例分析研究了混凝土本体和层间不同渗透系数对混凝土渗透性能的影响，试验获得了相应的渗透系数，并进行了简单的算例验证分析。

根据现有资料可知，裂缝透水分析在研究形式和模拟方法上与混凝土层间透水研究相似，但在具体分析时与层间有较大的区别。裂缝对混凝土的影响范围较小，分布较为不均匀，透水性能具有较强的规律性，而层间透水性对碾压混凝土整体透水性能具有重要影响，分布位置相对固定，但同一层间透水性能差异较大。综上分析，学者们对于混凝土及其裂缝毛细吸水试验和模拟进行了详细而深入的研究，但是目前对于碾压混凝土层间结合水分的影响研究较为缺乏，同时将试验和细观模拟相结合的研究相对较少。因此本文提出一种基于试验和细观模拟相结合的非饱和传输模型，主要内容包括：（1）考虑碾压混凝土坝所处实际环境的复杂性和非饱和度的不确定性，试验分析不同初始条件对非饱和毛细吸水的影响，重点研究相对饱和度、毛细作用时间、毛细作用方式和渗透方向对毛细吸水的影响效果；（2）碾压混凝土的施工方式导致出现很多结合层面，不同层间位置对混凝土非饱和传输行为的影响差异很大，通过试验定量分析不同层间位置对整个非饱和传输行为的影响；（3）建立简化的二维三相混凝土细观模型，研究揭示不同初始条件作用下混凝土非饱和传输行为的影响机理，从混凝土细观结构分析非饱和传输行为。

2 原材料和试验内容

2.1 原材料及试件制作根据工程实际碾压情况及层间结合效果，本文模拟碾压试验材料采用二级配RCC。粗骨料采用石灰岩，实测密度为2689 kg/m3，骨料粒径区间为5 ～ 40 mm。细骨料采用天然河砂，实测密度2581 kg/m3，细度模数为3.1，水泥采用中联牌普通硅酸盐水泥，粉煤灰为二级灰，此外还添加了适量的减水剂和引气剂。试验采用多参数可调式RCC 碾压模拟试验装置［2］进行模拟分层碾压，上下层之间采用连续拌合、摊铺、碾压的试验流程，碾压至混凝土基本密实，从而达到与实际工程接近的连续浇筑施工过程和层间结合状态。试件水胶比为0.50，具体材料配合比如表1所示。

表1 试验配合比材料组成（单位：kg/m3）

充分分析毛细作用及层间结合对碾压混凝土水分传输过程的影响效果，参照ASTM C1585-13 规范要求［22］，对成型后的大体积碾压混凝土进行钻芯取样，共取芯6 个。将所获得的芯样进行切割处理，切割成直径为100 mm、高度为50 mm 的圆柱体，通过切割分别获得了碾压混凝土上层本体、含层间本体和下层本体三部分，共计获得35 个圆柱体试件。

2.2 试验装置毛细作用在很多情况下是水进入混凝土结构的重要推动力，研究不同受力状况下的毛细作用对于保证工程耐久性具有重要的参考价值。Hall 等［23］在考虑重力对混凝土毛细作用的影响时提出了3 种试验吸水装置，本文为分析层间结合分别对混凝土纵向和横向吸水的作用效果，采用了下吸法、侧吸法和综合法3 种试验装置，如图1所示。下吸法中混凝土毛细作用会受到重力的影响，侧吸法中毛细作用会受到静水压力的影响，综合法中混凝土毛细作用受到静水压力和重力的双重影响。

图1 3 种试验方法

2.3 试验方法根据规范［22］要求，本文试验在原有的称重法［24］基础上同时采用劈开显色法［25］分析混凝土吸水性能。劈开显色法和称重法对试件的预处理步骤相同。具体的预处理方案如下：（1）将切割好的试件每3 个一组分成若干份，根据不同的初始含水率要求用不同的温度分别烘干8 h，然后密封放置12 h，使试件内部水分分布均匀且试验温度均为20 ℃。（2）对试件按照不同的试验装置进行不同的处理，分别涂抹石蜡和包裹防水胶布，保障混凝土内部水分迁移按照试验设计进行。称重法通过每隔一定的时间对试件进行称重，间接分析混凝土吸水状况。具体试验方法为：对于处理完成后的试件进行称重，随后将试件按照不同的试验装置浸入水中，间隔5 min、10 min、20 min、30 min、1 h、2 h、3 h、4 h、5 h、6 h、10 h、14 h、24 h、36 h、48 h 分别进行称重，通过计算分析试件的吸水系数、扩散系数、吸水量等参数。称重法试验操作方便，可以获得大量的试验数据，但是由于称重法称重过程中的影响因素较多，容易出现误差，试验结论缺乏一定的可靠度。

劈开显色法是通过劈裂试验机将试件劈开得到完整断面，随后喷涂硝酸银溶液让氯化钠与硝酸银反应分解，从而显示出紫色的渗透区域，试验过程中假定水的渗透高度与水中离子的渗透高度一致［26］。根据文献［24］，混凝土吸水性能在初始6 h 之内基本不变，为探究理论计算的可适用性及不同时间点的吸水特性，经过预试验结果分析，本文试验间隔为3 h、6 h、48 h 时分别对每组试件进行劈开显色。劈开显色法试验数据较为精准，同时可以获得试件内部水分传输的具体情况，但是由于劈开显色法对试件造成不可逆的破坏，劈开后无法开展后续试验，试验数据偏少，对试件的需求量很大，成本较高，不适宜做大批量试验。

本文将两种方法结合，在称重法的基础上使用劈开显色法，让试验数据更精准，数据量更充足，充分发挥各自的优势，让吸水试验数据更完善。

3 试验与结果分析

3.1 初始条件对水分传输的影响毛细作用下，水分在非饱和混凝土中的传输特性可以用扩展的Darcy 定律来描述［27-28］：

式中：θ为相对饱和度，m0、ms分别为试件平衡状态质量、试件完全烘干状态下的质量和试件完全饱和状态下的质量；t为时间；D为扩散系数；x为试件与水接触的位置。

在毛细吸水中，虽然重力效应可能变得显著，但是在短期或者中短期内孔隙的毛细作用还是占主导，重力作用可以被忽略［23］。

根据文献［27］，当混凝土材料相同时，xt-1/2与θ成特定的对应关系，为简化计算，引入Boltzmann 变量ϕ=xt-1/2，代入式（1），可以得到：

为方便计算，引入吸水系数S，其计算表达式为：

式（2）可以用近似解计算：

其中：

式中：n为经验拟合系数，Lockington 等人［28］根据试验结果建议混凝土材料n取值为6；a为函数在[θ，1] 区间内的积分变量；s为比例吸水系数；Θ为体积含水量，Θs为饱和状态下体积含水量，Θi为初始状态下体积含水量；ρ水为水的密度；Vc为试件体积。

将式（8）代入式（6）、式（7）可得：

由式（4）可以近似得出试件内位置与其饱和度的关系：

采用下吸法研究初始饱和度、吸水时间等初始条件对混凝土水分传输特性的影响，配置质量分数为5%的NaCl 溶液，将试件每3 个分为一组，分别对试件在55 ℃、105 ℃条件下烘干8 h，烘干后将试件密封放置12 h，使试件温度缓慢降至试验温度，让试件内部水分尽量分布均匀，试验温度控制在室温20 ℃左右。待降至室温后对试件进行封蜡处理，将石蜡加热至液态后分别均匀涂抹在试件的上表面和侧面，确保试件内部水分迁移为一维状态，待石蜡凝固后将处理好的试件做好标记，放在试验环境中冷却至试验温度。对试件前处理完成后按照称重法和劈开显色法的试验流程放入NaCl 溶液中对试件进行下吸法吸水试验。

根据称重法可以获得试件质量随时间的变化，基于试件接触水的面积A和当前时间的试件质量mt，由公式计算累计吸水量i，绘制i-t1/2曲线，利用试验数据经线性拟合后得到的斜率定义为吸水系数S，试验结果如图2所示。

图2 不同烘干条件下的累计吸水量

通过称重计算获得试件的相对饱和度θ、吸水系数S，根据扩展的达西定律计算得到扩散系数D，推导计算出近似计算水分侵入深度。基于劈开显色法，分别在3、6 和48 h 时对试件进行劈开显色，参照规范中对抗水渗透试验的测量方法［29］进行测量并计算。最终通过实际值与计算值对比分析理论计算的精度及其适用性。表2 列举了在计算过程中的关键变量以及最终的计算结果与实际值的误差。

表2 不同烘干条件下的混凝土吸水高度

称重法试验操作较为简单方便，可以较快获得相应的结果，但同时也存在一定的误差，在实际应用中可以通过简单比较吸水系数来判别不同条件下的混凝土水分传输性能，对于粗略分析混凝土水分传输特性及规律效果较好，可以为混凝土水分传输规律提供很好的参考价值。但是称重法由于其精度较低，同时称重法只适用于混凝土吸水过程前半段（6 h 之前）吸水系数基本不变的情况，适用范围较为局限，受到环境和人为因素的影响较大，规律性不明显。因此称重法在本文研究中主要起到对混凝土吸水性能分析的参考辅助作用。

在同组试验中相同烘干条件下不同试件之间存在一定差异，同时在整个试验过程中试件本身也会受到各种条件干扰而出现一些波动，但呈现的规律性基本一致。通过分析混凝土吸水系数和吸水高度可以看出，在相同烘干条件下，即初始饱和度相同时，混凝土吸水速率在初始一段时间内（6 h内）基本保持不变，超过6 h 后会随着时间下降，由于试验渗透时间相对较短，后续混凝土吸水速率下降段不是很明显；在相同非饱和渗透时间内，不同初始饱和度对混凝土吸水性能影响较大，相对饱和度越小，吸水性能越好。对比两个影响因素可以看出初始饱和度对混凝土吸水性能影响较为明显。

3.2 层间结合对混凝土吸水性能的影响由于碾压混凝土浇筑常常为分层浇筑，施工层面众多，层面的质量往往对碾压混凝土坝强度和抗渗性能有很大的影响，因此为探讨层间结合对碾压混凝土坝渗透系数的影响，采用侧吸法进行试验研究。侧吸法由于试件需要完全浸没于水中，其处理方法较下吸法略有不同，采用石蜡和防水胶布两种方式共同防水，将试件上下表面分别进行密封处理，处理完成后将试件完全浸没于水中。

侧吸法主要分为两类试验，不包含层间影响和包含层间作用的试验。不包含层间影响的试验主要与下吸法作对比，试验方案基本与下吸法一致，根据称重法可以获得试件的吸水系数和扩散系数，并简单分析侧吸法的水分传输特性，如吸水系数、扩散系数、渗透高度等，并对比了理论计算值和实际值的误差，汇总如表3所示。通过比较分析可以看出，在不包含层间作用时，毛细作用时间和相对饱和度仍然是影响混凝土水分横向传输的重要因素。但考虑到实际浇筑中层间结合的影响，侧吸法又重点设计分析了包含层间作用的试验，此时单一的称重法无法获得层间的水分传输特性，主要依靠劈开显色法对混凝土层间位置水分传输性能进行分析。根据劈开显色法的测量和计算，表4详细列举了侧吸法试验在没有层间影响下的透水高度以及包含层间影响下的非层间透水高度和层间透水高度，可以与不包含层间结合的侧吸法试件进行对比分析。

表3 称重法计算渗透高度

表4 不同试件劈开显色高度

对比可知，侧吸法与下吸法虽然规律类似，但两者在水分传输速率上差异较大，水分横向传输速率明显大于纵向传输速率，考虑到碾压混凝土通过振动碾垂直碾压的施工特性，纵向压实度相对横向更好，即纵向上的骨料和砂浆更紧密，因此纵向透水高度明显低于横向的透水高度。同时根据层间结合的透水高度计算，层间结合部位透水性能明显高于其他部分，即层间结合在水分传输中是薄弱界面，需要重点研究。同时根据试验数据比较，可知层间结合对于相对饱和度的敏感性很高。

3.3 层间结合对混凝土不同方向水分传输效果的影响上一节分析了在水分横向传输时，层间结合对水分传输的影响效果。但水分传输在碾压混凝土大坝中十分复杂，为探究层间结合对于不同方向的水分传输的影响效果，采用综合法进行试验分析。综合法是将下吸法和侧吸法相结合，同时考虑了静水压力和重力对水分传输的影响。

综合法水分传输过程较为复杂，通过称重法获得的混凝土质量变化不能很好的反应混凝土内部水分传输过程，理论计算已无法满足需求，因此综合法着重采用劈开显色法获得不同时间段的混凝土吸水高度及水分扩散深度。由于劈开显色法对于混凝土试件需求量较大，根据下吸法和侧吸法试验的规律总结，设计了包含层间影响的综合法试验，将上一节中的规律进一步推广到复杂水分传输过程中，有效降低了综合法的试验次数，同时可以有效地分析混凝土在复杂条件下的水分传输特点。为进一步揭示层间结合对于混凝土吸水特性的影响机理及在复杂水分传输中的影响效果，也设计了包含层间影响的试件。通过劈开显色法的测量和计算，表5 详细列举了不包含层间结合非透水区域的平均透水高度，包含层间的相同位置透水高度以及层间的透水高度，其中渗透高度表示混凝土横向透水高度，扩散深度表示混凝土纵向透水高度。

表5 试件劈开显色分析结果

综合法和侧吸法在接触水的部分的水分传输特点基本一致，但综合法又考虑了水分的纵向传输过程。在不含层间的试件中，随着时间的增长，水分扩散区域呈逐步增大的趋势，最终扩散到整个截面。通过数据对比可以得出横向传输与纵向传输速率不同，这是由于碾压混凝土施工特点导致其在各方向上的水分渗透系数不同，而层间对碾压混凝土不同方向上的水分传输有较大的影响，从结果看出在初始饱和度较大时层间对竖向传输有较明显的阻碍作用，对横向传输影响不明显，即层间作用主要是降低垂直于层间方向的水分传输速率，但与层间走向一致时影响较小。当吸水时间足够长时，层间结合对水分传输的影响可以忽略不计。

4 细观数值仿真计算与分析

混凝土材料一般是砂浆、骨料和ITZ（Interfacial Transition Zone）三相复合材料，为进一步研究带层间碾压混凝土吸水特性和规律，采用二维随机骨料模型进行细观模拟，探究不同初始条件下及层间结合对混凝土试件吸水性能影响机理。

4.1 模型建立根据Fuller 曲线［30］编写了碾压混凝土随机骨料模型代码，骨料体积占比为0.52，骨料级配为二级配，骨料粒径分布为5 ～ 40 mm。骨料粒径分布要求符合Fuller 连续级配，骨料分布如图3所示。

图3 混凝土级配曲线

骨料生成后通过所编写的脚本将骨料信息导入ABAQUS 中建立二维随机骨料模型。为建立渗透系数与孔隙水压、吸水时间、初始饱和度和水分传输方式的关系采用细观模型模拟试件纵向剖面，模型与实际试件纵向剖面大小相同，为100 mm×50 mm，根据文献［3］和混凝土吸水试验可以计算混凝土孔隙比，孔隙比为0.09，界面厚度为1 mm［31］，本文试验采用游标卡尺进行测量，测量精度为0.2 mm，因此网格大小设置为0.2 mm。二维随机骨料模型骨料粒径及其分布情况如图4所示。

图4 二维随机骨料模型

根据不同的试验方法设置相应的边界条件，分别计算不同条件下孔隙水压力和渗透系数之间的关系，通过对比分析不同影响因素对混凝土吸水性能的影响效果。

4.2 仿真计算采用二维随机骨料模型模拟混凝土水分传输过程，为简化分析过程，本文模拟做了如下假定：（1）孔隙水压力和相对不饱和度遵循线性关系［32-33］；（2）渗透系数与不饱和度之间遵循下式所示关系［17］。

通过试验结果和仿真分析对比，验证二维随机骨料模型的正确性，同时根据仿真结果重点讨论层间结合对混凝土水分传输的作用机理和影响效果。下面将分别针对不同试验方法及层间结合的影响分别展开研究。

4.2.1 下吸法 为探究不同初始饱和度和吸水时间对混凝土孔隙水压和非饱和渗透系数关系的影响，分别选用初始饱和度为0.3 和0.5，分别对应55 ℃和105 ℃烘干条件，非饱和渗透时间为3 h、6 h、48 h 的6 组试件进行仿真分析并与试验结果作对比，如图5所示，试验透水高度用红色记号笔做了标记，模拟透水高度标记为绿色。根据参数反演可以获得孔隙水压和非饱和渗透系数之间的关系，以及孔隙水压和非饱和渗透系数的关系随初始条件的影响，图6 展示了参数反演结果及其规律，其中sat 表示相对饱和度。

图5 下吸法试验与模拟

图6 不同初始条件下的非饱和渗透系数

从图6 可以看出，混凝土孔隙水压和渗透系数成反比例关系，且随着饱和度和吸水时间的变化而变化。在饱和度不变的条件下，水分传输时间越长所对应的渗透系数越小，即时间越久渗透越慢；在透水时间相同时，相对饱和度越小，渗透系数越大，所对应的渗透速率也越快。饱和度对混凝土水分纵向传输特性影响较大。

4.2.2 侧吸法 为探究初始条件和静水压力对混凝土水分横向传输的影响，在下吸法的基础上改变初始条件，根据侧吸法的试验特点，分别计算分析了考虑静水压力作用及不考虑静水压力作用下的渗透系数与孔隙水压之间的关系，其中0.45 饱和度对应80 ℃烘干条件。图7 对比了侧吸法的试验值与模拟值，图8 根据参数反演总结了静水压力对混凝土渗透系数的影响，同时与下吸法参数反演结果相比较，分析不同方向上混凝土吸水性能的差异性，以及混凝土水分竖向传输和横向传输的差异。

图7 侧吸法试验和模拟

图8 不同方向混凝土水分传输性能

从模拟结果可以看出，模拟值基本与试验值相一致。通过下吸法和侧吸法对比可知混凝土在不同方向上的吸水性能不同，混凝土水分横向传输性能明显高于混凝土水分纵向传输性能，这与碾压混凝土碾压施工方式有关，纵向压实更好，横向压实度相对较差。同时侧向吸水的非饱和渗透系数与初始条件的规律基本与下吸法一致，但是由于静水压力的作用导致孔隙水压与渗透系数不再是简单的反比例关系，与静水压力也存在一定的关联，在孔隙水压较小时静水压力对混凝土吸水性能的影响较明显。

4.2.3 综合法 由于大坝工程所处环境复杂，坝体混凝土中水分传输较为复杂，水分传输的方向也并非单一的纵向或者横向，因此结合实际工程设计了综合法试验，接触水部分为横向传输，密封部分为纵向传输，试验模拟了复杂的混凝土水分传输方式。根据参数反演结果，非饱和系数和孔隙水压基本成反比例关系，为简化分析过程，在综合法模拟中不再考虑多种孔隙水压，重点分析在相同孔隙水压时，不同初始条件下对混凝土内部水分传输过程的影响，图9 展示了采用综合法实验方式获得的结果。

由图9 可知，当混凝土内部水分传输较为复杂时，对水分横向过程影响较小，但对纵向传输过程影响较大，纵向传输受横向传输影响较单一的纵向传输方式非饱和系数更大，即水分传输同时存在横向和纵向传输时，纵向传输速率有所提升。

图9 综合法试验和模拟

4.2.4 层间结合影响分析 针对层间结合对混凝土内部水分传输的影响效果，采用侧吸法和综合法结合的方式分别分析了平行于层间走向和垂直层间走向的包含层间的水分传输过程，并通过与侧吸法和综合法所获得的参数进行对比分析，比较层间对混凝土水分传输过程的影响，建立了包含层间薄弱面的二维随机骨料模型，分析其对混凝土水分传输过程的影响机理。分析结果如图10所示（其中红线部分代表层间位置）。

图10 层间影响效果

从图10 可以看出，当水分传输平行于层间走向时，层间透水高度明显大于其余部分高度，层间的非饱和渗透系数明显大于相同条件下的侧向吸水渗透系数；当水分传输垂直于层间走向时，层间对水分传输具有一定的阻碍效果，即层间在不同方向上的非饱和渗透系数也不相同且相差极大。层间对于混凝土非饱和渗透并非完全的薄弱面，在某些情况下可以有效利用层间的特性，降低混凝土受侵蚀程度。

通过以上的试验和模拟可以了解到层间对于混凝土水分传输性能影响很大，采用有限元模拟分析在相同静水压力和透水时间下不同位置层间结合对混凝土透水性能的影响，进一步分析层间对于混凝土水分传输的影响。图11 展示了层间在水面的不同位置时相同初始条件和渗透时间下混凝土的水分传输特点。

图11 层间位置对混凝土传输性能的影响

层间位置对于混凝土传输性能影响较为显著，当层间低于或等于水面时，层间的影响范围大致为2 ～ 5 mm，当层间与水面的距离在5 mm 以内时，水分的纵向传输受层间影响，混凝土渗透距离最远，透水性好；当层间位于水面以下且距离水面较远时，渗透高度受层间影响程度较小；当层间高度位于水面之上时，对于混凝土水分传输有较明显的抑制作用，降低了水分的垂直传输速率。因此结合实际工程分析应当让层间结合尽量离水面较远，同时应当尽量高于水面，从而使层间促进混凝土侵蚀破坏效果最小化。

4.3 讨论基于试验数据和数值仿真分析可知，碾压混凝土内部水分传输过程受多种因素共同影响，主要起决于外部气候环境特点及混凝土本身初始特性。结合实际工程对于大坝所处环境较为复杂且改变较为困难，因此分析混凝土自身特性对于水分传输的影响尤为重要，其中层间结合对于混凝土水分传输影响最大。但层间结合对不同方向的水分传输影响效果差异较大，具体表现为促进水分横向传输（平行于层间），抑制水分纵向传输（垂直于层间），在实际工程中应当优先考虑层间的影响。根据模拟实际工程中可能出现的各种情况展开讨论分析，可以看出层间应当尽量高于水面，在水中的层间部分应当加以适当的防渗措施以降低层间的不利影响。

5 结论

碾压混凝土中水分传输较为复杂，同时水分传输受到初始饱和度、层间结合、水分传输方向等各方面的影响。针对初始条件、水分传输方向和层间影响开展了试验和模拟研究，主要得到以下结论：（1）称重法在混凝土水分传输过程初期具有良好的辅助和评判作用，吸水系数和扩散系数可以作为初步评判混凝土吸水性能的主要依据。（2）混凝土水分传输过程受多种因素共同作用，主要表现为环境条件因素和自身特性影响，其中自身特性较为容易改变，可以通过改善自身水分传输特性来降低混凝土环境侵蚀影响。（3）层间作为碾压混凝土特有的薄弱面，对混凝土水分传输有很大的影响，具体表现为沿着层间方向促进水分传输，垂直层间方向阻碍水分传输。（4）通过对3 种不同的试验方案及模拟结果可以得出层间对碾压混凝土吸水性能影响最大，水分传输方向和相对饱和度对混凝土的水分传输影响较为显著，毛细作用时间对混凝土水分传输性能影响变化较为缓慢。

鉴于碾压混凝土水分传输特性及大坝所处环境较为复杂，本文主要考虑了饱和度、吸水时间、层间结合等关键因素，后续还将考虑碾压混凝土孔隙度、级配等参数开展进一步研究。