文章編號(hào)" 1000-5269（2024）01-0110-09

DOI：10.15958/j.cnki.gdxbzrb.2024.01.17

收稿日期：2023-09-14

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（52069004）； 貴州省科學(xué)技術(shù)基金資助項(xiàng)目（黔科合基礎(chǔ)-ZK[2021]一般293）

作者簡(jiǎn)介：李太陽（1999—），女，在讀碩士，研究方向：水工結(jié)構(gòu)工程，E-mail：1773222196@qq.com.

*通訊作者：唐曉玲，E-mail：1771711885@qq.com.

摘" 要：為研究堆石混凝土高拱壩施工期溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的分布特點(diǎn)，并探究堆石混凝土在高拱壩上的適用性，本文運(yùn)用數(shù)值仿真及順序耦合法，綜合考慮堆石混凝土彈模變化、堆石混凝土入倉(cāng)溫度、環(huán)境氣候變化等因素，對(duì)不同溫控措施的堆石混凝土高拱壩進(jìn)行施工期全過程仿真計(jì)算。對(duì)比分析不同溫控措施下高拱壩施工期的溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)，結(jié)果表明：不同溫控工況下，壩體溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的分布規(guī)律基本一致，施工期溫度應(yīng)力與混凝土入倉(cāng)溫度相關(guān)，運(yùn)行期壩體應(yīng)力隨環(huán)境氣溫變化；應(yīng)力線性化后最大拉應(yīng)力分別為1.68 MPa、1.60 MPa、1.48 MPa。因此，堆石混凝土運(yùn)用于高拱壩時(shí)，在分縫澆筑的情況下，僅需采取簡(jiǎn)單溫控措施即可滿足溫度防裂要求。

關(guān)鍵詞：堆石混凝土；高拱壩；有限元法；施工期；溫度應(yīng)力；溫控措施

中圖分類號(hào)：TV642.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

堆石混凝土（rock-filled concrete，RFC）是使用自密實(shí)混凝土（self-compacting concrete，SCC）充分填充大粒徑塊石骨架的縫隙而形成的堆石-混凝土組合體［1］。堆石混凝土最初由清華大學(xué)的金峰教授［2］在2003年提出，該技術(shù)具有低水化熱、工藝簡(jiǎn)便、成本低廉等特點(diǎn)，目前已廣泛應(yīng)用于水利工程中。截至2023年，該技術(shù)已應(yīng)用在164座大壩中（完建135座，在建29座），其中，70 m以上的高壩5座，拱壩12座。

施工期的溫控防裂一直是拱壩建設(shè)中的關(guān)鍵技術(shù)問題。堆石混凝土中大粒徑塊（卵）石體積比能達(dá)到55%左右，減少了水泥用量，降低了單位體積的水化熱，使得堆石混凝土的絕熱溫升低于常態(tài)混凝土［3］。目前已有學(xué)者對(duì)堆石混凝土的絕熱溫升進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和數(shù)值模擬［4-5］，驗(yàn)證了堆石混凝土水化熱較常態(tài)混凝土更低的結(jié)論。相較于常態(tài)混凝土拱壩，堆石混凝土中低拱壩即使在通倉(cāng)澆筑的前提下，采取簡(jiǎn)單溫控措施就可以滿足施工期的防裂要求。金峰等［6］在2018年提出，在氣候溫和地區(qū)的堆石混凝土拱壩工程可采用不分橫縫的整體澆筑，其壩體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，施工效率更高，并在貴州綠塘水庫(kù)得到了驗(yàn)證［7］。大體積混凝土的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)較為困難，采用數(shù)值模擬預(yù)測(cè)其各項(xiàng)性能會(huì)更加便捷［8］。高繼陽等［9］對(duì)堆石混凝土重力壩施工期和運(yùn)行期的溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬分析，總結(jié)出了堆石混凝土壩澆筑過程的溫升規(guī)律；趙運(yùn)天等［10］模擬分析了不同溫控條件下分四條橫縫的堆石混凝土拱壩的溫度應(yīng)力；陳興梅［11］對(duì)無溫控情況下通倉(cāng)澆筑的堆石混凝土拱壩進(jìn)行了全過程仿真分析。上述研究多集中于中低壩，缺乏對(duì)高壩的研究，尤其是80 m級(jí)的高拱壩。

經(jīng)過近二十年的發(fā)展，堆石混凝土筑壩技術(shù)逐漸發(fā)展成熟，修筑的大壩體型也逐漸增大，已經(jīng)從最初的中低壩發(fā)展到了現(xiàn)在的高壩工程。然而，就堆石混凝土拱壩技術(shù)而言，目前仍處于發(fā)展初期和推廣階段。針對(duì)堆石混凝土高拱壩是否能滿足防裂要求這一問題，有待進(jìn)一步研究。本文以氣候溫和區(qū)某擬建堆石混凝土高拱壩為例，運(yùn)用大型有限元仿真軟件，采用順序耦合法，在考慮分倉(cāng)分層澆筑過程、堆石混凝土彈模變化、堆石混凝土入倉(cāng)溫度、環(huán)境氣候變化等因素的前提下，對(duì)堆石混凝土拱壩施工期的溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行全過程仿真，分別得到整體澆筑工況和分縫澆筑工況的溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)，分析壩體的危險(xiǎn)應(yīng)力區(qū)。最后，基于施工期溫度場(chǎng)及應(yīng)力場(chǎng)的計(jì)算結(jié)果，對(duì)堆石混凝土高拱壩的溫控措施提出建議。

1" 工程概況及整體澆筑模型實(shí)現(xiàn)

1.1" 工程概況

以貴州省某擬建堆石混凝土雙曲拱壩工程為例，壩頂高程937.5 m，建基面高程848 m，最大壩高89.5 m（含1 m墊層），壩頂寬8.0 m，壩底最大厚度28.0 m，厚高比0.32。溢流表孔壩段壩高86 m，堰上設(shè)2孔，每孔凈寬7.0 m。水庫(kù)規(guī)模為?。?）型水庫(kù)，死水位為879.5 m，正常蓄水位為934 m，上游設(shè)計(jì)洪水位935.8 m，上游校核洪水位為936.2 m，淤沙高程為874.43 m，總庫(kù)容為105萬m3。壩址區(qū)多年平均氣溫18.66 ℃，最高月平均溫度27.5 ℃（8月），最低月平均溫度10 ℃（1月）。壩址所在區(qū)域氣象資料見表1。

1.2" 參數(shù)選取

壩體所用材料為C15堆石混凝土，壩基（肩）處材料為弱風(fēng)化巖石。根據(jù)力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果，表2列出了壩體堆石混凝土材料與基巖的主要力學(xué)參數(shù)。

堆石混凝土不同齡期的彈性模量不同，根據(jù)《堆石混凝土技術(shù)》中的彈模數(shù)據(jù)，對(duì)彈性模量進(jìn)行擬合計(jì)算，建立彈模關(guān)系式

E（τ）=3.202 78ln（τ）+13.082 56" 1≤τ≤80

E（τ）=27.117 3""""""""" τgt;80 （1）

式中，E為彈性模量，GPa；τ為齡期，d。

堆石混凝土的水化熱絕熱溫升采用指數(shù)式［13］

Q（τ）=Q0（1－e－mτ）（2）

式中，Q為混凝土在齡期的累積水化熱，kJ/kg；Q0為→∞的最終水化熱，kJ/kg，取14 ℃；τ為齡期，d；m為常數(shù)，取0.27。

由于本文所涉及的工程為擬建工程，整個(gè)施工期的日氣溫資料無法獲得，如用月平均氣溫來代表日氣溫進(jìn)行計(jì)算就使得氣溫喪失了離散性的特點(diǎn)。因此，本文考慮在月平均氣溫的基礎(chǔ)上，上下浮動(dòng)2 ℃作為范圍，在此范圍內(nèi)以均勻分布隨機(jī)產(chǎn)生月內(nèi)的日平均氣溫，達(dá)到模擬氣溫離散性的目的。圖1為生成的一年內(nèi)環(huán)境氣溫變化圖。

1.3" 仿真實(shí)現(xiàn)

對(duì)于壩體而言，庫(kù)水對(duì)壩體的影響主要分為兩類：一類是庫(kù)水對(duì)壩體施加的水壓力，另一類是庫(kù)水與壩體混凝土之間的熱交換。在模擬時(shí)，要實(shí)現(xiàn)對(duì)這兩種影響的模擬，關(guān)鍵在水位升降及水下溫度的模擬。根據(jù)施工期后的設(shè)計(jì)蓄水資料，結(jié)合條件語句來施加各時(shí)段壩體表面的水壓力，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)水位升降過程的模擬。表3為實(shí)現(xiàn)水位升降的算法偽代碼。

庫(kù)區(qū)水溫的計(jì)算方法主要有一維算法和經(jīng)驗(yàn)公式法［14］。我國(guó)應(yīng)用廣泛的是經(jīng)驗(yàn)公式法，其中又以朱伯芳［13］的方法為主。本文采用朱伯芳水溫計(jì)算公式對(duì)庫(kù)水水溫進(jìn)行模擬。該方法中的水庫(kù)水溫T（y，τ）是水庫(kù)水深y和時(shí)間τ的函數(shù)，按照下列方法進(jìn)行計(jì)算：

T（y，τ）=Tm（y）+A（y）cos ω（τ－τ0－ε）

Tm（y）=c+（Ts－c）e－αy

ε=d－fe－γy （3）

式中，y為水深，m；τ為時(shí)間，d；ω=2π/p為溫度變化的圓頻率；p為溫度變化周期，12個(gè)月；ε為水深y處水溫對(duì)于氣溫的相位差；Tm（y）為水深y處的年平均水溫，℃；Ts為表面年平均水溫，℃；A（y）為水深y處的溫度年變幅；τ0為氣溫最高的時(shí)間。

2" 整體澆筑仿真計(jì)算結(jié)果

2.1" 整體澆筑模型

堆石混凝土可看作堆石、SCC和過渡界面的三相復(fù)合材料，但在宏觀上可以忽略堆石的不均勻性，假設(shè)堆石混凝土壩為均質(zhì)材料，建立三維均質(zhì)模型，對(duì)堆石混凝土壩進(jìn)行溫度應(yīng)力仿真分析。為實(shí)現(xiàn)壩體澆筑過程的模擬，先根據(jù)各倉(cāng)混凝土的澆筑進(jìn)度，將壩體模型切割成59層，每一層對(duì)應(yīng)一個(gè)澆筑倉(cāng)；接著對(duì)壩體進(jìn)行整體網(wǎng)格劃分，采用生死單元，將整個(gè)壩體的單元?dú)⑺溃辉侔凑帐┕みM(jìn)度安排逐層逐倉(cāng)地復(fù)活單元。模型共計(jì)17 048個(gè)單元、186 200個(gè)節(jié)點(diǎn)，其中壩體單元7 080個(gè)，壩體節(jié)點(diǎn)8 820個(gè)。整體澆筑的壩體模型如圖2所示。

按整體澆筑施工計(jì)劃，高拱壩主體工程于當(dāng)年2月1日開始澆筑，澆筑層厚1.5 m，每倉(cāng)間隔7 d，

在度汛期前（4月）完成一期澆筑工作。度汛期后，同年12月1日開始二期澆筑工作，至次年11月完成整體澆筑。

2.2" 溫度場(chǎng)分析

圖3為截取的部分壩體溫度場(chǎng)圖。根據(jù)有限元分析結(jié)果，可以得出以下結(jié)論：1）在施工期，壩體表面的最高溫度比當(dāng)?shù)貧鉁馗?～6 ℃，壩體溫度分層現(xiàn)象非常明顯，新澆筑層的溫度明顯高于舊澆筑層的溫度，如圖3（a）所示；2）在運(yùn)行期，壩體表面的溫度變化與當(dāng)?shù)貧鉁刈兓疽恢拢?）在蓄水后，壩體表面溫度與水溫變化相關(guān)，下部的溫度變化滯后于上部。在各個(gè)施工階段，壩體的最高溫度均出現(xiàn)在壩體內(nèi)部，并且在拱圈上呈對(duì)稱分布，如圖3（b）所示；4）最高溫度出現(xiàn)在8月施工的壩高為69～75 m的澆筑層（高程為916～924 m），達(dá)到了約42 ℃，這個(gè)時(shí)期的氣溫是當(dāng)?shù)刈罡叩?，這表明壩體溫度與氣溫和混凝土入倉(cāng)溫度密切相關(guān)；5）隨著時(shí)間的推移，壩體內(nèi)外進(jìn)行熱量交換，其內(nèi)部與表面的溫差逐漸減小。

2.3" 應(yīng)力場(chǎng)分析

圖4為截取的部分壩體應(yīng)力場(chǎng)圖。由有限元分析結(jié)果，可以得出以下結(jié)論：1）施工期時(shí)，由于水化熱的作用，新澆筑層溫度較高，壩體最大拉應(yīng)力出現(xiàn)在壩體上部，各澆筑層間存在溫差，新舊澆筑層交界面處應(yīng)力也較大，如圖4（a）所示；2）壩體澆筑成型時(shí)，最大應(yīng)力出現(xiàn)在1/3壩高處，與常態(tài)混凝土壩最大拉應(yīng)力出現(xiàn)處基本一致；3）運(yùn)行期時(shí)，隨著壩體內(nèi)外溫差逐漸縮小，壩體拉應(yīng)力有所下降，整體應(yīng)力隨氣溫變化，最大拉應(yīng)力出現(xiàn)在壩肩處，如圖4（b）所示。

2.4" 特征點(diǎn)分析

由于壩體節(jié)點(diǎn)較多，現(xiàn)選擇部分有代表性的節(jié)點(diǎn)作為特征點(diǎn)，包含高、中、低溫各時(shí)段澆筑的壩體表面及內(nèi)部節(jié)點(diǎn)，如圖5所示。

圖5（a）展示了本文所選的溫度場(chǎng)特征點(diǎn)。其中，A點(diǎn)壩高為0 m（高程849 m），B點(diǎn)壩高為27 m（高程976 m，入倉(cāng)時(shí)間1月），C點(diǎn)壩高為51 m（高程900 m，入倉(cāng)時(shí)間5月），D點(diǎn)壩高為72 m（高程921 m，入倉(cāng)時(shí)間8月）。A/A’分別代表上游面、中間面，其他特征點(diǎn)同。

圖5（b）展示了本文所選的y應(yīng)力場(chǎng)特征點(diǎn)。其中，A點(diǎn)位于壩高0 m拱冠梁（高程849 m），B點(diǎn)位于壩高15 m拱冠梁（高程864 m），C點(diǎn)位于壩高72 m壩肩處（高程921 m），D點(diǎn)位于壩高87 m壩肩處（高程936 m）。A/A’分別代表上游面、下游面，其他特征點(diǎn)同。

2.4.1" 溫度歷程

圖6是溫度場(chǎng)特征點(diǎn)的溫度時(shí)間歷程圖。由有限元分析結(jié)果可知：1）壩體溫度與當(dāng)?shù)貧鉁孛芮邢嚓P(guān)，壩體表面和內(nèi)部的歷時(shí)最高溫度均出現(xiàn)在8月澆筑的壩高72 m處，分別達(dá)到了35.3 ℃和42.5 ℃，之后隨著氣溫下降開始迅速回落，內(nèi)外最大溫差達(dá)到18 ℃；2）27 m壩高處澆筑層的入倉(cāng)時(shí)間在當(dāng)?shù)貧鉁刈畹偷?月，其壩體表面及內(nèi)部溫度均低于其他季節(jié)澆筑的施工層；3）施工期后，經(jīng)過熱量交換，壩體溫度逐漸降低，內(nèi)部溫度最終穩(wěn)定在20 ℃左右，并滯后于氣溫變化。

2.4.2" 應(yīng)力歷程

圖7是應(yīng)力場(chǎng)特征點(diǎn)的應(yīng)力時(shí)間歷程圖。由有限元分析結(jié)果可知：1）壩體上下游面各特征點(diǎn)

變化類似，由于溫度應(yīng)力的作用，最大拉應(yīng)力出現(xiàn)在施工期；2）施工期后，隨著壩體溫度降低，上下游各特征點(diǎn)應(yīng)力均有所下降，且趨于周期性穩(wěn)定，與當(dāng)?shù)貧鉁刈兓嚓P(guān)；3）溫度應(yīng)力最大的壩高72 m處拉應(yīng)力也最大，歷時(shí)最大拉應(yīng)力達(dá)到4.53 MPa，運(yùn)行期穩(wěn)定后在3 MPa左右波動(dòng)；4）在施工期壩體上、下游均會(huì)產(chǎn)生較大拉應(yīng)力，運(yùn)行期壩趾和壩踵處的受力狀態(tài)隨著氣溫變化進(jìn)行拉壓轉(zhuǎn)換。

綜上所述，壩體最大拉應(yīng)力出現(xiàn)在施工期壩肩處，運(yùn)行期也有應(yīng)力集中現(xiàn)象，壩肩和壩體中部的拱冠梁有多處拉應(yīng)力值達(dá)到3 MPa左右。此堆石混凝土高拱壩在不采取任何溫控措施下進(jìn)行整體澆筑，壩體多處存在開裂風(fēng)險(xiǎn)，需要探討一種更合適的施工方法。

3" 溫控措施研究

混凝土澆筑后，水化放熱反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致壩體內(nèi)部溫度升高，在大體積混凝土中從最高溫度到穩(wěn)定溫度的降溫過程需要一定的時(shí)間，在此過程中，混凝土內(nèi)外收縮不均，壩體內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)拉應(yīng)力，進(jìn)而容易產(chǎn)生裂縫［15］，對(duì)壩體的穩(wěn)定性極為不利。此外，大體積混凝土的邊界條件復(fù)雜，如果近邊界處與內(nèi)部的溫度梯度過大，混凝土開裂的可能性將大大增加。因此，在混凝土壩的建設(shè)中，為確保大壩的穩(wěn)定和安全，避免高危害性裂縫的出現(xiàn)，采取溫度控制措施是非常重要的。

3.1" 溫控措施

1）分縫：不同的結(jié)構(gòu)形式和分縫分塊設(shè)計(jì)會(huì)使得壩體內(nèi)部的溫度應(yīng)力情況有所改善［16］。為了減小溫度應(yīng)力，同時(shí)保證結(jié)構(gòu)功能要求，堆石混凝土高壩施工時(shí)可考慮進(jìn)行合理壩體分縫。

2）降溫：由于堆石混凝土采用了300 mm以上的大粒徑塊（卵）石，澆筑前需將塊石隨機(jī)拋擲入倉(cāng)，容易損壞管道，因此預(yù)埋冷卻水管等常規(guī)降溫手段在堆石混凝土壩建設(shè)中難以開展。堆石混凝土壩常用的降溫措施有：控制SCC入倉(cāng)溫度、優(yōu)化SCC配合比、減少高溫時(shí)期澆筑倉(cāng)面厚度以及冬季時(shí)段施工等。

3.2" 工況設(shè)置

本文設(shè)置了2種不同溫控措施的對(duì)照工況，如表4所示。

工況1仍為整體澆筑，澆筑計(jì)劃與原方案一致，僅采用簡(jiǎn)易溫控措施，即通過添加摻和料［17］等手段降低SCC的水化熱至原方案的約60%。

工況2是在工況1的基礎(chǔ)上，分別于壩體距離左、右岸44 m處各設(shè)置1條橫縫。模型共計(jì)99 588個(gè)單元、110 865個(gè)節(jié)點(diǎn)，其中壩體和縫單元共7 788個(gè)，壩體和縫節(jié)點(diǎn)共9 660個(gè)，縫單元如圖8所示?？p單元與壩體單元屬性一致，但各方面強(qiáng)度均弱于壩體。改變澆筑計(jì)劃：于當(dāng)年2月1日開始，每層按從右岸至左岸澆筑，每倉(cāng)間隔2 d，澆筑層厚1.5 m，在度汛期前（4月）完成一期澆筑工作。度汛期后，同年12月1日開始二期澆筑工作，至次年9月完成整體澆筑。

3.3" 溫控效果分析

3.3.1" 溫度場(chǎng)分析

采用溫控措施后，溫度應(yīng)力均有所下降，選取與原方案相同的特征點(diǎn)進(jìn)行分析，溫度變化規(guī)律與原方案大致相同。圖9為工況2各特征點(diǎn)溫度時(shí)間歷程圖，工況1特征點(diǎn)溫度變化情況以原方案為例。工況1優(yōu)化SCC配合比以后，壩體溫度在施工期明顯下降，壩體內(nèi)最高溫度由42.5 ℃降到33.7 ℃，運(yùn)行期溫度穩(wěn)定在20 ℃左右，與原澆筑方案大致相同。工況2分縫澆筑的壩體溫度分布規(guī)律與整體澆筑基本相同，由于橫縫的存在，加大了各澆筑層與空氣的接觸面積，熱量交換速度更快，施工期壩體內(nèi)最高溫度為30.4 ℃，較原方案減低了28％，運(yùn)行期溫度同樣穩(wěn)定在20 ℃左右。

3.3.2" 應(yīng)力場(chǎng)分析

不同工況的應(yīng)力變幅情況與原澆筑方案類似，施工期的拉應(yīng)力較大于運(yùn)行期，分縫澆筑整體拉應(yīng)力相對(duì)小于整體澆筑，選取與原方案相同的特征點(diǎn)進(jìn)行分析。圖10為工況2各特征點(diǎn)應(yīng)力時(shí)間歷程圖，工況1特征點(diǎn)應(yīng)力變化情況以原方案為例。工況1的最大拉應(yīng)力出現(xiàn)在施工期上游面72 m壩肩處，為3.59 MPa；施工期后，除72 m壩肩處有應(yīng)力集中現(xiàn)象，達(dá)到2.8 MPa，其余各特征點(diǎn)應(yīng)力值均在2.2 MPa以下。工況2的應(yīng)力均在3 MPa以下，最大值在施工期的72 m壩肩處，為2.83 MPa；施工期后15 m和72 m處出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，達(dá)到2.5 MPa，其余特征點(diǎn)應(yīng)力值均在2 MPa以下。

3.3.3" 各工況特征點(diǎn)應(yīng)力對(duì)比

選取不同工況下的特征點(diǎn)對(duì)比，圖11和圖12為各工況下壩高72 m處特征點(diǎn)的溫度和應(yīng)力時(shí)間歷程對(duì)比圖。相較于原整體澆筑方案，工況1和工況2的最高溫度由42.5 ℃降至33.7 ℃和30.4 ℃，分別下降21%和29%；最大拉應(yīng)力由4.53 MPa降至3.59 MPa和2.83 MPa，分別下降21%和38%。由此可見，堆石混凝土高拱壩施工時(shí)進(jìn)行簡(jiǎn)易溫控措施是很有必要的。

3.4" 應(yīng)力線性化

使用有限元法對(duì)拱壩進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算時(shí)容易產(chǎn)生與實(shí)際情況不符的應(yīng)力集中現(xiàn)象［18］，需要對(duì)應(yīng)力集中處進(jìn)行線性化處理。運(yùn)用有限元軟件的后處理模塊對(duì)不同節(jié)點(diǎn)的拉應(yīng)力線性化處理，計(jì)算結(jié)果見表5。

根據(jù)《混凝土拱壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL282—2018）的應(yīng)力要求，采用有限元法計(jì)算時(shí)，拱壩應(yīng)力計(jì)算的容許拉應(yīng)力為1.5 MPa。不同施工條件下的拉應(yīng)力線性化結(jié)果相比較，工況1和工況2的拉應(yīng)力較原方案均有所下降，其中最大拉應(yīng)力工況1和工況2分別下降了約5%和12%。工況2的最大拉應(yīng)力由原澆筑方案的1.68 MPa降為1.48 MPa，達(dá)到規(guī)范應(yīng)力要求。

4" 結(jié)論

1）此堆石混凝土壩工程的施工期溫度場(chǎng)符合大體積混凝土瞬態(tài)溫度場(chǎng)的分布規(guī)律，呈現(xiàn)“內(nèi)高外低”的分布。不同施工方案下的溫度場(chǎng)分布規(guī)律基本一致，最高溫度發(fā)生在916～924 m高程的澆筑層（壩高69～75 m）處，此澆筑層的混凝土入倉(cāng)時(shí)間為當(dāng)?shù)貧鉁刈罡叩?月。3種施工方案的最高溫度分別為42.5 ℃、33.7 ℃、30.4 ℃。運(yùn)行期后的壩體溫度下降到20 ℃左右，隨氣溫變化，并滯后于氣溫。

2）堆石混凝土壩由于自身特性，無法采取預(yù)埋冷卻水管和冷卻骨料等常規(guī)溫控措施，壩體最高溫度由澆筑溫度和水化放熱決定。合理分縫和優(yōu)化SCC配合比能有效降低壩體最高溫度和拉應(yīng)力，降低開裂風(fēng)險(xiǎn)。

3）不同工況下的壩體應(yīng)力分布規(guī)律大致相同，最大拉應(yīng)力值出現(xiàn)在壩肩處。線性化處理后，3種施工方案的最大拉應(yīng)力分別為1.68 MPa、1.60 MPa、1.48 MPa，僅工況2達(dá)到規(guī)范應(yīng)力要求。

4）此高拱壩工程在無溫控措施下進(jìn)行整體澆筑時(shí)，高溫時(shí)期入倉(cāng)的澆筑層壩肩處以及壩體中超過容許拉應(yīng)力，存在開裂風(fēng)險(xiǎn)。在設(shè)置兩條橫縫的情況下，僅需控制入倉(cāng)溫度及適當(dāng)降低水化熱即可滿足應(yīng)力要求。

5）由于此模型為簡(jiǎn)化模型，未設(shè)置壩體表孔，故溫度應(yīng)力計(jì)算結(jié)果較實(shí)際偏大，后續(xù)可建立精細(xì)化模型進(jìn)行模擬。

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（責(zé)任編輯：曾" 晶）

Simulation Analysis of Temperature Stresses During

Construction of RFC High Arch Dam

LI Taiyang， TANG Xiaoling*， WU Xianqian， YANG Tao

（School of Civil Engineering， Guizhou University， Guiyang 550025， China）

Abstract：

To study the distribution characteristics of the temperature field and stress field during the construction period of RFC high arch dam and to investigate the applicability of RFC on high arch dam， this paper applies numerical simulation and sequential coupling method， comprehensively considers the change of elastic modulus of RFC， temperature of entry of RFC into the dam， environmental climate change and other factors， and carries out the whole process of simulation and calculation of the construction period of RFC high arch dam under different temperature control measures. Comparative analysis of the temperature and stress fields during the construction period of high arch dams with different temperature control measures shows that under different temperature control conditions， the distribution of the temperature and stress fields of the dam body is the same， the temperature stress during the construction period is related to the concrete entry temperature， and the stress of the dam body during the operation period varies with the ambient temperature; the maximum tensile stresses after linearization of the stresses are 1.68 MPa， 1.60 MPa， and 1.48 MPa， respectively. The results show that when RFC is applied to high arch dams， only simple temperature control measures are needed to meet the temperature anti-cracking requirements in the case of split-seam casting.

Key words：

rock-filled concrete; high arch dam; finite element method; construction period; temperature stress; temperature control measures