Page 22 - 2023年第54卷第12期
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４ 堆石混凝土等效均质模型温度仿真计算
４．１ 堆石混凝土等效均质有限元模型 堆石混凝土是粒径差异显著的非均质复合材料 ［１５ － １７］ ，采用常
规混凝土的细观模型 ［１８ － ２０］ 进行大坝仿真分析的计算成本过高，需要采用宏观等效均质材料模型 ［２１］ 。
图 ８为上述监测仓面的均质有限元模型，计算重点关注第 ２仓堆石混凝土的浇筑与温度变化过程，考
虑上、下游混凝土预制块模板、上游 ０．３ｍ厚自密实混凝土防渗层，并将第 １仓堆石混凝土视作已硬
化的均质材料。模型为整体浇筑拱坝的拱圈局部断面，尺寸大小为 ７．３０ｍ × ５．００ｍ × ２．６０ｍ，沿坝轴线
宽度为 ５ｍ，忽略拱弧形状。模型采用规则的六面体单元 ［２２］ ，总单元数 ８９９６２５，总节点数 ９２６３９９。
图 ８ 等效均质堆石混凝土有限元模型
表 ３ 等效均质堆石混凝土模型的材料参数
密度? 比热容? 导热系数? 表面散热系数? 绝热温升?
材料类型
２
３
（ｋｇ?ｍ ） （ｋＪ?（ｋｇ·℃）） （Ｗ?（ｍ·ｈ·℃）） （ｋＪ?（ｍ ·ｈ·℃）） ℃
均质 ＲＦＣ ２４８６ ０．８９２ １２．７６ ３６．３９ １７．０８
ＳＣＣ防渗层 ２２６０ １．０６７ １０．６０ ３６．３９ ３４．４０
预制块模板 ２３８０ １．０６７ １０．６０ ３６．３９
４．２ 边界条件与材料参数 模型边界条件 ［１５，２３］ 共 ３类，模型底面假设为 １６℃恒定温度边界，沿坝轴
线的两个横截面为绝热边界，除此以外的其他边界均为表面散热边界。均质堆石混凝土的材料参数
（见表 ３）按堆石与自密实混凝土的体积比（堆石率 ｒ ＝ ５５％）加权计算。由热平衡关系得出堆石混凝土的
为：
等效绝热温升 θ ＲＦＣ
１
＝ （２）
θ ＲＦＣ θ ＳＣＣ
ｃ
ｒ ρ Ｒｏｃｋ Ｒｏｃｋ
１ ＋
ｃ
（１ － ｒ） ρ ＳＣＣ ＳＣＣ
分别为堆石体和自密实混凝土的密度；ｃ 和 ｃ
式中：θ ＳＣＣ 为自密实混凝土的绝热温升；ρ Ｒｏｃｋ 和 ρ ＳＣＣ Ｒｏｃｋ ＳＣＣ
分别为堆石体和自密实混凝土的比热容。
＝ １７．０８℃。计算中，绝热温升采用单指
根据室内 ＳＣＣ绝热温升试验值 θ ＳＣＣ ＝ ３４．４０℃，可得 θ ＲＦＣ
ｍ τ
数曲线 θ （ τ ） ＝ θ ０ （１ － ｅ ），θ ０ 为最终绝热温升值，曲线形状因子 ｍ取 ０．２６９。
４．３ 温度仿真计算结果对比分析 根据 ３．２节计算结果，第 ２仓堆石混凝土的等效入仓温度取 ９．８℃。
图 ９为均质堆石混凝土有限元模拟结果与实测温度对比曲线。可以看到，前 ４８ｈ的模拟结果与实测温
度有一定误差；４８ｈ后，不同测点温度变化趋势吻合度非常高。主要是因为仓内各点初始温度有较大
１
— １ ４ ０ —
