刘智玮 田 园 王明华

(1.中国水利水电第四工程局有限公司，青海 西宁 810000； 2.华北水利水电大学，河南 郑州 450046)

0 引言

胶凝砂砾石材料CSG(Cemented Sand and Gravel)是1976年J.M.Raphael提出的一种新材料[1]，它是将胶凝材料和水添加到河床砂砾石或开挖废弃料中，然后采用简单拌合得到。可以最大程度避免土地植被遭受工程破坏，是一种环保型的水工材料。胶凝砂砾石最初常用于临时结构中，如围堰工程，随着材料的开发，越来越多的用于永久建筑物大坝中，我国山西守口堡工程就是国内永久工程的首例。大坝为大体积结构，胶凝砂砾石中含有胶凝材料，水化反应产生大量热量，易造成温度应力过大而开裂[2-4]。

有关胶凝砂砾石坝温度应力的说法不一，根据《胶结颗粒料筑坝技术导则》[5,6]均认为需要采取简易温控措施，本文以山西守口堡胶凝砂砾石坝为研究对象，对其施工过程进行模拟分析，考察其温度应力变化规律，为进行结构设计提供理论依据。

1 计算原理

1.1 非稳定温度场计算理论

胶凝砂砾石六面体的热传导方程[7]可写为：

(1)

(2)

(3)

其中,Ts为给定温度，可以表示已知气温、地温或水温。

(4)

(5)

其中，λ为导热系数，kJ/(m·h·℃)；Ta(t)为气温，℃；β为表面热交换系数，kJ/(m2·h·℃)。一般情况下，β是外表面属性及时间的函数。

1.2 应力场计算理论

基于弹性徐变理论，复杂应力状态下的应变增量包括弹性应变增量、温度应变增量、徐变应变增量、自生体积应变增量和干缩应变增量，即：

(6)

(7)

其中，αT为线膨胀系数。

2 有限元模型

以山西守口堡胶凝砂砾石坝为研究对象，大坝断面为上下游对称或基本对称的梯形，挡水坝坝顶高程1 243.60 m，最大坝高61.6 m，坝顶宽6 m，上下游坝面在高程1 240.0以下坡比均为1∶0.6 m，以上为竖直。……