Page 82 - 2024年第55卷第8期

３ 工程实例分析

３．１ 工程实例建模 以我国寒区某心墙堆石坝工程冬季施工为例，大坝黏土心墙某个填筑仓面尺寸为
４０．０ｍ（宽） × ８０．０ｍ （长）。心墙与两岸坝肩铺设水平厚度 ４．０ｍ的接触黏土，心墙上、下游设置两层水
平厚度为 ４．０ｍ反滤层，压实后心墙每层厚度为 ０．３ｍ。取一层压实的心墙作为试样，考虑到试样的对
称，取 １?４试样建立模型，以节省计算时间。心墙相变黏土施工控温模型及边界条件如图 ６所示，Ａ、
Ｂ、Ｃ三点分别位于心墙与接触黏土边界处、心墙与反滤料边界处和心墙中心点。该工程坝区冬季极
端温度曲线（环境温度）见图 ７中的模拟环境温度。

图 ６ 心墙相变黏土施工模型及边界条件

图 ６中的边界条件①—③与式（１６）—（１９）一致，对称边界条件施加在对称面上，如下式：
－ 珗 珒 ＝ ０ （２０）
ｎ·ｑ
有效施工时长为压实表层温度高于施工要求温度时的总时长，本文施工要求温度取 － １℃。为了
分析不同因素对有效施工时长的影响，分别对以下工况的土料表层温度进行数值模拟：（ １）无松铺覆
盖；（ ２）１０ｃｍ松铺覆盖层厚度下，分别采用 ４％、３％、２％ＰＣＭ掺量；（３）４％ＰＣＭ掺量下，分别采用
０、５、１０、１５、２０ｃｍ松铺覆盖层厚度，模型参数如表 １、表 ３、表 ４所示。
３．２ 无松铺覆盖下模拟结果 课题组前期研究 ［４，２４］ 发现，ＰＣＭ 掺量越高，相变黏土的物理力学性能
受到的影响越大。相变黏土的压实性能随 ＰＣＭ 掺量增加而降低，导致干密度降低，进而对相变黏土
的强度和防渗性能产生影响。在 ４％ＰＣＭ掺量下，相变黏土的最大干密度仅降低 １．９２％，对抗压强度、
抗剪强度、防渗性能等物理力学性能的影响也较小，因此选用 ４％ＰＣＭ 掺量的相变黏土进行模拟（经
后文分析验证能达到控温要求）。图 ７和图 ８为模拟得到的 ４％ＰＣＭ掺量、无松铺覆盖下 Ａ点、Ｂ点和
Ｃ点的表层温度历程和典型时刻下的表层温度云图。
结果表明，反滤层和接触黏土层对心墙相变土防冻控温性能有不利影响；心墙与接触黏土区和反
滤料区边界的低温区域较心墙其他区域少，但其所占面积较小故本研究将 Ｃ点温度视为心墙表面平均
温度。
３．３ ＰＣＭ 掺量对压实层土料温控的影响 现场施工时相变黏土的内部热源几乎都由 ＰＣＭ 潜热提供，
分别针对 ４％、３％、２％ＰＣＭ掺量的相变黏土，分析在设计 １０℃初始温度和 １０ｃｍ的松铺覆盖层厚度
下相变黏土压实表层温度的变化历程，结果如图 ９所示。

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