堤防与建筑物结合部隐患灾害机理与数字孪生解决方案

一、机理本质

堤防与建筑物结合部（如涵闸、泵站与堤防连接处）是堤防的薄弱环节，其隐患的机理本质是异质材料变形不协调导致的渗漏集中。具体表现为：

1.堤防土体与建筑物混凝土、钢材等材料的物理力学性质差异显著，在水位变化、温度波动、自身重力等荷载作用下，两者变形协调能力差；

2.若施工时结合面处理不当（如回填土压实不足、密封材料老化），易形成缝隙和渗漏通道，导致水流在此处集中渗透，进而引发渗漏、管涌、结构失稳等灾害。

致灾链条可概括为：异质材料变形不协调 → 结合面缝隙形成 → 渗漏通道集中 → 渗流携砂/结构受力不均 → 管涌/结构失稳

二、解决方案与机理的映射关系

针对结合部隐患“隐蔽性强、危害大”的特征，构建“多维度感知-精准建模-动态监测”数字孪生解决方案，实现对致灾机理各环节的精准管控，具体映射关系如下：

1.根源识别：全航空瞬变电磁（ATEM）核心作用：探测结合部地下低密实区、隐蔽渗漏通道及回填土压实不足区域，精准定位致灾链条的起始环节——结合面缝隙与渗漏通道的空间分布。数字孪生映射：基于探测数据构建结合部三维地质-结构模型，将隐蔽的渗漏通道、低密实区可视化，为后续孪生建模提供基础数据。

2.表征识别：无人机三光系统核心作用：通过可见光影像识别结合部周边土体沉陷、裂缝、渗水点等显性表征；借助热红外影像捕捉渗漏水流形成的异常温度区，直观反映渗漏集中的演化状态。数字孪生映射：将地表表征数据与三维地质-结构模型融合，验证模型对渗漏通道的表征精度，校准模型参数。

3.演化监测：渗压传感器 + 应变传感器核心作用：渗压传感器实时监测结合部渗透压力变化，捕捉渗漏通道扩大的信号；应变传感器监测建筑物与堤防结合面的应力分布，反映变形不协调的加剧程度。数字孪生映射：将时序监测数据输入“土—混凝土界面孪生模型”，动态推演渗漏通道扩展、应力分布变化对结构稳定性的影响，量化风险等级。

三、数字孪生意义

构建“土—混凝土界面孪生模型”是解决结合部隐患防控难题的核心技术手段。该模型实现了对异质材料变形不协调、渗漏集中等隐蔽机理的可视化与量化分析，可精准评估结合部的安全状态；同时，通过模拟不同处置措施（如注浆加固、更换密封材料）的效果，为优化处置方案提供科学依据，有效阻断渗漏集中-结构失稳的致灾链条，是闸涵等穿堤建筑物与堤防协同安全评估的核心支撑。