Page 111 - 水利学报2021年第52卷第1期

提升越冬层面温度和梯度的控制效果。
为验证所推导的 U- Δ T 模型，将优化结果与理论计算结果进行对比，如图 4（a）为内外温差一定
的工况下补偿电压变化过程，图 4（b）为气温骤降工况下每日的补偿电压的变化过程，由于图 4（b）优
化变量的个数（10 个）多于图 4（a）中变量个数（1 个），变量的增多使得图 4（b）中理论结果与仿真结果
的差异略大于图 4（a）；但总体来说由 U- Δ T 模型（k=1）计算的补偿电压与热电耦合仿真优化获得的补
偿电压吻合良好，直接验证了所推导 U- Δ T 模型的准确性与可靠性，故在实际应用中应时刻监控越
冬层面的表面温度和气温的变化，进而根据二者温差计算最优的补偿电压，以期实现 RCC 坝越冬层
面的实时温控。

（a）ERCC 上表面测点温度时程 （b）ERCC 层底部测点温度时程

（c）ERCC 上表面测点温度梯度时程 （d）ERCC 层底部测点温度梯度时程
图 3 ERCC 越冬层面典型位置温度及梯度变化

（a）内外温差一定的工况 （b）气温骤降工况
图 4 不同工况下理论计算与数值仿真补偿电压对比
4.3 温控效果评价 为进一步说明 ERCC 保护层的温控防裂效果，依托于本工程算例的 RCC 坝有限
元模型分别计算了式（7）的气温大幅骤降条件下未通电（A 组）、U-ΔT 模型补偿电压作用下（B 组）的温
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度场与应力场的演化过程，选用导热系数为 0.15 kJ/（m·h·℃）的橡塑海绵保温被作为表面防护 ，1 cm
厚保温被单价为 10 元/m ，对比方案中涉及的保温被厚度分别为 5、15、25 和 35 cm。根据各方案的
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等效放热系数、测点最大温差平均值和最大拉应力（表 4）可知，铺设保温被和布置 ERCC 层均能减小
坝体温差与温度应力，且采用 ERCC+保温被的温控措施效果最优；从温控效果角度分析，通过对比
方案 A3（25 cm 保温被）与方案 B1（ERCC+5cm 保温被）、方案 A4（35 cm 保温被）与方案 B2（ERCC+15 cm
保温被）的温度场（图 5）与温度应力，发现对于本文条件，布置 ERCC 层能够减少铺设厚度约 20 cm 保
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