考虑多场耦合的碾压混凝土坝温度及应力数值模拟研究

• 作 者: 刘学昆
• 机 构: 天津大学
• 出 处: 天津大学
• 发表日期: 2012年期
• 关键词: 水工结构 碾压混凝土坝 多场耦合 温控措施 温度应力 数值分析

碾压混凝土坝筑坝技术发展几十年来，以其经济快速，施工简单等特点而被广泛应用于水利工程上。在坝体施工过程中，混凝土水化热温升及施工后期蓄水等因素对坝体应力影响较大，碾压混凝土坝温度应力和温度控制的研究具有重要的意义。本文综合考虑了在坝体浇筑过程中施工及外界因素的影响，对碾压混凝土坝施工过程进行仿真模拟，主要研究内容如下：（1）运用数值分析方法研究碾压混凝土坝在施工过程中的温度场、渗流场对应力场的影响，通过坝体浇筑过程三个物理场之间的直接耦合与间接耦合的方法，比较分析了各物理场对坝体应力影响的程度。结果表明：在坝体瞬态浇筑过程中，温度场对坝体应力值影响较大，而渗流场对坝体应力影响较小。（2）研究坝体在施工过程中的瞬态温度场及相应的温控措施，以某水电站溢流坝段为依托工程，计算过程中考虑外界气温、水温、混凝土水化热及间歇期等多种因素。在模拟浇筑过程中分别考虑了采取温控措施与未采取温控措施的坝体瞬态温度场，通过对比分析研究温控措施的冷却效果和坝体温度随时间的变化规律。结果表明：未采取冷却措施时，坝体各部位温度都较高，在整个施工期坝体内部最高温度值都超过27℃，采取冷却措施之后，坝体各部位最高温度减低约8℃左右，有效地控制了温度；蓄水水温和气温对于坝体表面温度值影响程度较大，在距离表面15m范围内的混凝土后期仍受外界气温影响。（3）对坝体考虑冷却措施的应力场规律进行仿真研究。综合考虑混凝土徐变、弹模和温控措施的影响，模拟混凝土坝的浇筑施工全过程，对比分析了坝体整体应力值和坝体某部位应力时间历程曲线。结果表明：坝体上、下游表面易产生较大拉应力，且汛期蓄水对坝体应力值有较大影响，蓄水后坝体上游面拉应力最大增幅达到2.57MPa，在坝踵处应力值最大。