大壩在世界各國防洪、灌溉、供水、發電、航運、水產養殖及旅游等許多方面發揮了巨大的效益，展望未來，水資源問題將成為全球環境與經濟發展的“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，大壩周邊自然環境及地質環境發生劇烈變化，在庫水壓力作用下可導致壩基滲漏，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。

本文在前人研究的基礎上，從壩基地下水宏觀動態和微觀動態入手進行研究，分別從計算數學、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上，采用軍事上的多傳感器數據融合方法，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，應用改進后的模型能更真實地反映區內水溶液與相關礦物之間的反應狀態；根據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，分析了國內外針對帷幕體的防滲性和耐久性的研究現狀及存在的問題，介紹了研究的路線、思路和方法，并據此提出了本書的主要研究內容。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構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；依據帷幕灌漿排數的不同，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“基于多傳感器數據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據。對于同類同步多傳感器數據，依據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據采用基于Bayes理論的融合技術，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，即呈現一種“陡變－緩變－陡變……”的反復趨勢。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引起的質量交換量，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“研究總結與展望”，對本書研究內容進行了總結歸納，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。

本書部分內容是在筆者博士論文和近年來對大壩防滲結構性能變化等研究成果的基礎上凝練而成，相關資料的收集、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外相關論著、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），河南省高校科技創新團隊支持計劃（14IRTSTHN028）和河南省高校科技創新人才支持計劃（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 研究現狀與趨勢 4
1.4 研究內容及關鍵問題 12
1.4.1 研究內容 12
1.4.2 關鍵問題 14
1.5 研究的技術路線 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 35
第三章 基于多傳感器數據融合的理論與方法評價帷幕體防滲性能 36
3.1 多傳感器數據融合技術的基本理論 36
3.2 多傳感器數據融合技術的基本結構 38
3.3 同類同步多傳感器數據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據融合方法 41
3.3.2 工程實例應用 43
3.4 異類同步多傳感器數據融合方法評價帷幕體防滲性能 49
3.4.1 基于Bayes理論的多傳感器數據融合方法 49
3.4.2 工程實例應用 51
3.5 本章小結 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 體系與環境 58
4.1.2 化學位和自由能 59
4.1.3 化學平衡和質量作用、質量守恒定律 60
4.1.4 飽和指數 60
4.2 傳統的飽和指數模型及其不足 62
4.3 飽和指數模型及其求解方法的改進 66
4.3.1 活度系數計算公式的擴展 66
4.3.2 迭代過程控制閾值的選擇 67
4.3.3 絡合物種類的擴充 68
4.3.4 模型算法的改進 69
4.4 模型應用實例 72
4.4.1 工程概況 72
4.4.2 壩基地下水質特征 74
4.4.3 模型計算結果及分析 74
4.5 本章小結 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 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參數反演 102
5.4 模型應用 106
5.4.1 工程概況 106
5.4.2 水文地質參數的確定 109
5.4.3 模型計算 111
5.4.4 模擬結果分析及討論 120
5.5 本章小結 124
第六章 研究總結與展望 125
參考文獻 128

1. 輸水管線工程風險管理 [張勇 黨亥生 著]
2. 民用航空飛機標準線路施工 [主編　王志敏　陳明]
3. 不息的水脈—大運河講談錄 [趙珩　著]
4. 實用運籌學 [主編　邢育紅　于晉臣]
5. 三峽梯級電站水資源決策支持系統研究與開發 [姚華明 潘紅忠 湯正]
6. 海南黎族民俗文化鑒賞 [龐國華　著]
7. 石墨烯在太赫茲及中紅外頻段電磁器件設計中的應用 [李艷秀 莊華偉 著]
8. 電子技術（第二版） [主編 覃愛娜 李飛]
9. 辦公自動化高級應用 [陳萍 朱曉玉]
10. 信息處理技術員考試32小時通關 [薛大龍]
11. 電子產品設計案例教程（微課版）—基于嘉立創EDA（專業版） [王靜 莫志宏 陳學昌 丁紅]
12. C程序設計實踐教程 [劉衛國]
13. C程序設計（慕課版） [劉衛國]
14. Web技術開發教程（基于.NET開源MVC框架） [王合闖 韓紅玲 王青正 陳海蕊]
15. 商務英語翻譯教程（筆譯）（第四版） [主編 王軍平]
16. 智慧零售技術與應用 [洪旭 著]
17. 建設工程法規實務 [主編 余瀅]
18. 商務秘書理論與實務（第三版） [主編 張同欽]
19. 程序設計基礎實踐教程（C/C++語言版） [張桂芬 葛麗娜]
20. C++案例項目精講 [主編 楊國興]
21. 勞動爭議處理實務 [主編 王秀卿 羅靜]
22. 工程數學 [主編 郭立娟 王海]
23. 語音識別理論與實踐 [主編　莫宏偉]
24. 信息系統項目管理師章節習題與考點特訓（第二版） [主編 薛大龍]
25. 武術基礎教程 [主編 李代勇 謝志民]
26. 計算機網絡實訓教程 [主編 張浩軍 趙玉娟]
27. 畫法幾何與機械制圖習題集（多學時） [主編 趙軍]
28. HCIA-Datacom認證題庫分類精講 [主 編 韓立剛]
29. SwiftUI完全開發 [李智威 著]
30. 網絡規劃設計師備考一本通 [夏杰 編著]