2.2　温度场计算成果分析

选取主河床最高挡水坝段、溢流坝段、中孔坝段、底孔坝段和岸坡坝段，进行三维有限元仿真分析，采取逐步优化的方法，进行各种温控方案的优化组合，对其施工期、运行期温度场和温度徐变应力场以及气温骤降引起的混凝土表面应力进行计算，下面对各典型坝段计算成果进行介绍。

2.2.1　河床坝段非稳定温度场计算成果

（1）在坝体高程624.00～625.00m常态混凝土垫层区，该部位为基础强约束区，因采取通仓薄层浇筑，层厚仅1m，故散热条件好，该常态混凝土垫层区最高温度为20.99℃。按规范要求，当常态混凝土极限拉伸值不低于0.85×10-4，浇筑块长边长度40m以上时，基础强约束区基础容许温差为16℃，该部位的稳定温度约为7℃，则该部位的最高温度允许达到23℃。河床坝段该常态混凝土垫层区最高温度都未超过23℃。

（2）在坝体高程625.00～645.00m范围内，该部位碾压混凝土位于基础强约束区。按规范要求，当碾压混凝土极限拉伸值不低于0.70×10-4，浇筑块长边长度70m以上时，基础强约束区基础容许温差为12℃，该部位的稳定温度约为7℃，则基础强约束区的最高温度允许达到19℃。

在各坝段中该区域温度较高，主河床最高挡水坝段最高温度为31.99℃；溢流坝段最高温度为33.24℃；中孔坝段最高温度为33.15℃；底孔坝段最高温度为32.16℃。

经温控仿真计算，在各坝段中坝体温度除上游高程645.00m以下外部混凝土（上游水位不变区）和下游水位变化区（高程650.00m以下）外部混凝土的局部区域温度较高而超过规范基础强约束区基础允许温差要求外，其他部位温度基本满足规范要求。

（3）在坝体高程645.00～665.00m范围内，该部位碾压混凝土位于基础弱约束区。按规范要求，当碾压混凝土极限拉伸值不低于0.70×10-4，浇筑块长边长度70m以上时，基础弱约束区基础容许温差为14.5℃，该部位的稳定温度约为7℃，则基础弱约束区的最高温度允许达到21.5℃。

在各坝段中该区域温度较高，主河床最高挡水坝段最高温度为33.30℃；溢流坝段最高温度为35.28℃；中孔坝段最高温度为34.52℃；底孔坝段最高温度为50.13℃，出现在底孔底板耐磨层混凝土内。

在各坝段中该区域温度较高，均超过规范基础弱约束区基础允许温差要求。经温控仿真计算，在各坝段中坝体温度除高程675.00m以下外部混凝土的局部区域温度较高而超过规范基础弱约束区基础允许温差要求外，其他区域温度基本满足规范要求。

（4）在坝体高程665.00～745.50m范围内，各坝段在该区域温度较高，最高温度均超过36℃。主河床最高挡水坝段最高温度为36.66℃，；溢流坝段最高温度为51.45℃，出现在溢流坝坝体下游耐磨层混凝土区域内；中孔坝段最高温度为54.15℃，出现在中孔底板耐磨层混凝土内；底孔坝段最高温度为43.19℃，出现在底孔底板耐磨层混凝土内。

（5）溢流坝的坝体上游防渗体和溢流坝下游耐磨层区域的混凝土温度较高，坝体上游防渗体最高温度为33.24℃，溢流坝下游耐磨层区域混凝土最高温度达51.45℃，主要原因是坝体上游防渗体和溢流坝下游耐磨层区域混凝土标号高，水泥用量大，绝热温升大，而坝体内部混凝土标号低，水泥用量少，绝热温升小。

（6）坝体中心温度场沿坝高出现两个高温区和两个低温区。高温区均在6—8月施工的部位，低温区出现在冬季停工季节以及4月和10月浇筑部位。这是因为高温季节混凝土入仓温度高，外界气温高（20～22℃），且散热条件差，导致坝体中心温度值大；低温季节混凝土入仓温度低外界气温低（5～7.2℃），且散热条件好，坝体中心温度值小；冬季停工季节，外界气温很低，最低达-20.6℃，靠近坝体表面的温度与其他部位相比较低。

（7）埋设冷却水管，水管排间距1.5m×1.5m，浇筑后2d通河水冷却，通水历时15d，坝体温度可降低5～6℃，可见采取埋设冷却水管通河水冷却对降低坝体温度是有效的。

（8）采用保温材料进行保温，保温材料为厚8cm的XPS挤塑板，保温后的等效热交换系数βs=1.241kJ/（m2·h·℃），混凝土初凝后开始保温，全年保温。经温控仿真计算，坝体温度和应力的情况将得到改善，可见采取厚8cm的XPS挤塑板保温材料进行保温是有效的。

（9）从温度等值线图可看出：坝体由表及里温度逐渐增大，靠近表面的温度梯度大，坝体内部的温度梯度小。其原因是环境温度和库水温度对坝体表层混凝土的温度影响较大，而对内部混凝土的温度影响较小。坝体内部最高温度值仅与混凝土浇筑温度和龄期有关，随着时间的推移，坝体内部同一部位的温度逐渐降低，但降温速度比较缓慢。

（10）坝体表层温度随外界环境温度变化比较明显，坝体内部温度受外界环境温度的影响很小，其温度在混凝土浇筑后一个月左右达到最高值并开始缓慢下降，而且从历时曲线可以看到水库上、下游变化对坝体表面温度有明显影响。

2.2.2　岸坡坝段非稳定温度场仿真计算成果

（1）在坝体高程681.10～682.10m常态混凝土垫层区，该部位为基础强约束区，因采取通仓薄层浇筑，层厚仅1m，故散热条件好，在岸坡坝段中该常态混凝土垫层区最高温度未超过13.62℃。按规范要求，当常态混凝土极限拉伸值不低于0.85×10-4，浇筑块长边长度40m以上时，基础强约束区容许温差为16℃，该部位的稳定温度约为7℃，则该部位的最高温度允许达到23℃。岸坡坝段常态混凝土垫层区最高温度满足规范要求。

（2）在坝体高程682.10～690.70m范围内，该部位碾压混凝土位于基础强约束区。按规范要求，当碾压混凝土极限拉伸值不低于0.70×10-4，浇筑块长边长度在30～70m时，基础强约束区基础容许温差为14.5℃，该部位的稳定温度约为15℃，则基础强约束区的最高温度允许达到29.5℃。

在岸坡坝段中该区域局部区域温度较高，最高温度为32.76℃，局部区域超过基础强约束区基础容许温差要求。溢流坝段最高温度为33.24℃；中孔坝段最高温度为33.15℃；底孔坝段最高温度为32.16℃。其他区域温度基本满足规范要求。

（3）在坝体高程690.70～700.30m范围内，该部位为基础弱约束区。按规范要求，当碾压混凝土极限拉伸值不低于0.70×10-4，浇筑块长边长30～70m时，基础弱约束区基础容许温差为16.5℃，该部位的稳定温度约为15℃，则基础弱约束区的最高温度允许达到31.5℃。

在岸坡坝段中该区域除个别点之局部区域温度达32.56℃外，局部区域最高温度稍微超过规范基础弱约束区基础允许温差1.06℃，基本满足规范要求，其他区域温度满足规范要求。

（4）在坝体高程700.30～745.50m范围内，该部位为非约束区，在岸坡坝段中该区域的局部区域最高温度达40.73℃，而稍微超过允许最高温度要求外，其他区域温度基本满足允许最高温度要求。

（5）埋设冷却水管，水管排间距1.5m×1.5m，浇筑后2d通河水降温，通水历时15d，可将坝体温度降低，可见采取埋设冷却水管通河水冷却对降低坝体温度是有效的。

（6）采用保温材料进行保温，保温材料为厚8cm的XPS挤塑板，保温后的等效热交换系数βs=1.241kJ/（m2·h·℃），混凝土初凝后开始保温，全年保温。经温控仿真计算，坝体温度和应力的情况将得到改善，可见采取厚8cm的XPS挤塑板保温材料进行保温是有效的，但坝体表面最低温度在最寒冷的月份仍然在-3℃左右。

（7）坝体由表及里温度逐渐增大，靠近表面的温度梯度大，坝体内部的温度梯度小。其原因是环境温度和库水温度对坝体表层混凝土的温度影响较大，而对内部混凝土的温度影响较小。坝体内部最高温度值仅与混凝土浇筑温度和龄期有关，随着时间的推移，坝体内部同一部位的温度逐渐降低，但降温速度比较缓慢。

（8）坝体表层温度随外界环境温度变化比较明显，坝体内部温度受外界环境温度的影响很小，其温度在混凝土浇筑后一个月左右达到最高值并开始缓慢下降，而且从历时曲线可以看到水库上、下游变化对坝体表面温度有明显影响。

2.2.3　寒潮引起的温度场计算成果

根据寒潮资料，假设在坝体施工过程中每年2月与5月各发生一次寒潮，2月寒潮发生在2月16—21日，历时6d，气温骤降30.2℃；5月寒潮发生在5月12—18日，历时7d，气温骤降9.86℃。

（1）寒潮对坝体混凝土的影响深度不大，对坝体中心温度影响很小，约降低0.24℃。

（2）寒潮对坝体表面混凝土的拉应力影响较大，由于寒潮影响产生的拉应力将超过相应龄期的混凝土的抗拉强度。因此，应加强刚刚浇筑的混凝土表面的保护，否则，混凝土表面将会产生大量的表面裂缝。

另外，寒潮对坝体混凝土温度的影响深度一般在1～1.5m范围内。

（3）两次寒潮对坝体表面和坝体内部混凝土温度的影响，当2月寒潮发生时，由于寒潮使气温骤降30.2℃，而使坝体表面温度由0.32℃降低到-3.59℃，温度降低3.91℃；5月寒潮发生时，由于寒潮的影响，坝体表面温度由0.83℃降低到1.53℃，温度降低2.36℃。由于对混凝土表面采取了保温材料为厚8cm的XPS挤塑板保温，混凝土初凝后保温，因此寒潮对表面温度影响比没有保温时影响小得多，由此可见保温材料为厚8cm的XPS挤塑板有效的保温作用。

（4）由于混凝土表面采取了保温材料为厚8cm的XPS挤塑板保温，寒潮对坝体中心温度几乎没有影响。

2.2.4　越冬层面的温度场仿真计算成果

河床坝段第一个越冬层面高程为645.00m，第二个越冬层面高程为699.00m；岸坡坝段第一个越冬层面高程为699.00m，第二个越冬层面高程为714.00m。

在坝址区，由于冬季长时间停歇而造成越冬层面，无论在河床坝段还是在岸坡坝段，坝体长时间间歇越冬层面部位出现低温。由于冬季气温很低，尤其是上下游棱角部位处于双向散热状态，致使上下游棱角部位超冷。冬季混凝土表面温度很低，第二年春天混凝土浇筑时层面混凝土温度低，而混凝土入仓温度较高，加之水化热的影响，新浇混凝土的温度较高，因而形成了较大的上下层温差和内外温差。

因此，提高越冬层面的温度，能有效减少越冬层面的拉应力。

2.2.5　河床坝段应力场计算成果分析

对碾压混凝土重力坝进行了施工期和运行期温度徐变应力场仿真计算，根据施工期和运行期温度应力及综合应力计算成果，经分析可以看出：

（1）河床坝段基础常态混凝土垫层的温度应力均较大。

最高挡水坝段基础常态混凝土垫层施工期最大温度应力σzmax=3.60MPa。

溢流坝段基础常态混凝土垫层施工期最大温度应力σzmax=3.38MPa。

中孔坝段基础常态混凝土垫层施工期最大温度应力σzmax=3.31MPa。

底孔坝段基础常态混凝土垫层施工期最大温度应力σzmax=3.39MPa。

寒潮方案基础常态混凝土垫层施工期最大温度应力σzmax=3.61MPa。

最高挡水坝段基础常态混凝土垫层运行期最大温度应力σzmax=3.45MPa。

溢流坝段基础常态混凝土垫层运行期最大温度应力σzmax=2.63MPa。

中孔坝段基础常态混凝土垫层运行期最大温度应力σzmax=3.10MPa。

底孔坝段基础常态混凝土垫层运行期最大温度应力σzmax=3.28MPa。

寒潮方案基础常态混凝土垫层运行期最大温度应力σzmax=3.47MPa。

坝体基础常态混凝土垫层部位出现较大的拉应力区的主要原因是，施工期需要在垫层上面进行坝基固结灌浆，造成垫层混凝土长间歇，在外温变化及基岩约束双重作用下出现较大的拉应力。

（2）坝体因为在冬季无法施工，长时间停歇而造成越冬面，坝体在高程645.00m（2007年11月1日—2008年3月31日）长间歇和高程699.00m（2008年11月1日—2010年3月31日）长间歇时，坝体的温度应力、综合应力均较大。

坝体长间歇层面部位出现较大拉应力区的主要原因是，由于冬季长时间停歇而造成越冬面，尤其是上下游棱角部位过冷，造成过大的上下层温差，加之内外温差的作用，在越冬层面出现较大的拉应力。

（3）溢流坝段坝体下游面耐磨层混凝土的温度应力、综合应力均较大。溢流坝段坝体下游面耐磨层局部部位的施工期最大温度应力σzmax=3.38MPa，施工期最大综合应力σzmax=2.47MPa。

温度应力、综合应力较大的原因是下游面耐磨层混凝土标号高，绝热温升大（达52.33℃），由于温降产生的拉应力大。