本书总结了作者在严寒地区碾压混凝土坝温控防裂方面所做的研究成果，阐述了碾压混凝土坝温度场与应力场仿真计算原理，编制了碾压混凝土坝温控仿真计算程序，分析了严寒地区碾压混凝土重力坝溢流坝段、底孔坝段等的温度场与应力场的特点，提出相应的温控防裂措施。重点研究了严寒地区碾压混凝土坝越冬层面的防裂措施。本书可供从事水利水电工程设计、施工、科研等工程技术人员参考，也可作为高等院校相关专业师生的教学参考书。

前 言 碾压混凝土筑坝技术是20世纪七八十年代开始出现的一项新的筑坝技术，该技术将常态混凝土坝的结构和碾压土石坝的施工技术集于一体，具有水泥用量省、施工速度快、工程造价低等优点，因此在工程中得到了广泛应用。我国地处欧亚大陆东南部，其气候特点为南热北冷，南北温差大，冬季气温普遍偏低。西北与东北地区面积占国土面积近1/3，而这些地区绝大部分最冷月平均气温均低于?10.0℃，属严寒地区。由于碾压混凝土坝具有施工速度快、造价低等优点，因此在严寒地区也是非常有竞争力的坝型，如已建成的辽宁观音阁碾压混凝土重力坝、白石碾压混凝土重力坝、玉石碾压混凝土重力坝，河北桃林口碾压混凝土重力坝等。 随着新疆、西藏等地区水电能源的进一步开发，在严寒地区修建的碾压混凝土坝将越来越多。严寒地区与温和地区相比较气候条件相差甚远。在严寒地区，一般多年平均气温都在10.0℃以下，新疆、西藏等地多年平均气温甚至在5.0℃以下；冬季最低月平均气温一般在?10.0℃以下，最低能达到?20.0℃；月平均气温年内变幅达40.0℃以上。由于严寒地区年平均气温低，故而坝体稳定温度也较低，较大的基础温差容易引起基础贯穿性裂缝。另外，碾压混凝土表面由于受较大的昼夜温差、较大的气温年变幅以及寒潮的频繁作用，极易产生表面裂缝。这使得严寒地区碾压混凝土坝的温控防裂面临着严峻考验。严寒地区碾压混凝土坝施工中每年冬季会由于外界气温太低而停止浇筑混凝土，停浇时的混凝土顶面称为越冬层面。翌年恢复混凝土浇筑后，新、老混凝土结合面及上部新浇混凝土中极易出现裂缝。如何有效防止和减少坝体越冬层面温度裂缝的产生是严寒地区修建碾压混凝土重力坝面临的严峻课题。本书总结了作者在严寒地区碾压混凝土坝温控防裂方面所做的研究成果，阐述了碾压混凝土坝温度场与应力场仿真计算原理，编制了碾压混凝土坝温控仿真计算程序，全面分析了严寒地区碾压混凝土坝的温度场与应力场的特点，提出了相应的温控防裂措施，同时着重研究了严寒地区碾压混凝土坝越冬层面的防裂措施。 希望本书能对国内外同行的科研、设计和教学起到借鉴和帮助作用。本书撰写过程中，西安理工大学的陈尧隆教授、张晓飞副教授、李炎隆教授等提出了宝贵的建议；在撰写过程中查阅了大量学术著作和文献资料，参考和借鉴了许多专家学者的研究成果和学术观点。在此深表感谢。 本书的研究工作得到了国家自然基金（51409207，51609200，51879217）、中国博士后科学基金（2015M582765XB）、陕西省西北旱区生态水利工程省部共建国家重点实验室自主研究课题（2017ZZKT?4）的支持，在此一并表示衷心的感谢。 由于作者水平和经验有限，书中难免有不足之处，敬请同行和读者批评指正。 著 者 2018年7月

司政，西安理工大学副教授，长期从事大体积混凝土温度场与徐变应力场仿真、碾压混凝土坝温控防裂以及大坝、水电站厂房、预应力闸墩等水工结构应力等研究，主持和参与科研项目40余项。获教育部自然科学奖二等奖1项，国家能源科技进步三等奖1项，中国水利水电建设股份有限公司科技进步奖一等奖、二等奖各1项，中国电力建设集团有限公司科技进步奖二等奖1项。

目 录 前言 1概述· 1 1.1 碾压混凝土筑坝技术发展概况 1 1.2 碾压混凝土坝温度裂缝及温控防裂研究现状 4 1.3 严寒地区碾压混凝土坝温控与防裂的特点· 9 1.4 严寒地区碾压混凝土重力坝越冬层面防裂措施 10 2 碾压混凝土坝温度场和温度应力场计算原理· 13 2.1 热传导基本理论· 13 2.2 温控仿真计算采用的单元· 17 2.3 碾压混凝土坝温度场计算的有限单元法· 24 2.4 碾压混凝土坝温度应力计算的有限单元法 28 2.5 碾压混凝土的徐变与温度徐变应力· 31 3 碾压混凝土坝三维有限元温控仿真程序开发· 37 3.1 FORTRAN语言温控仿真程序· 37 3.2 基于ANSYS平台二次开发的温控仿真程序· 50 4 严寒地区碾压混凝土重力坝非溢流坝段温控仿真研究· 60 4.1工程概况 60 4.2 水库水温分析 64 4.3 温控计算模型 65 4.4 无温控措施计算成果及分析 66 4.5 表面保温对温度场与应力场的影响研究· 88 4.6 浇筑温度对温度场与应力场的影响研究· 93 4.7 综合温控措施研究 98 5 严寒地区碾压混凝土重力坝溢流坝段温控仿真研究 107 5.1 溢流坝段温控仿真计算 108 5.2 缺口度汛对溢流坝段温度场与应力场的影响研究· 118 6 严寒地区碾压混凝土重力坝有孔坝段温控仿真研究· 127 6.1 碾压混凝土重力坝有孔坝段浮动网格法· 127 6.2 碾压混凝土重力坝底孔坝段温控仿真计算 129 7 严寒地区碾压混凝土重力坝越冬层面保温效果研究· 143 7.1 表面保温效果计算方法分析 144 7.2 保温效果计算的热结构耦合壳单元法· 148 7.3 严寒地区碾压混凝土重力坝越冬层面保温效果研究 150 8 升温水管对严寒地区碾压混凝土重力坝越冬层面应力改善研究 160 8.1 埋设升温水管的混凝土温度场计算· 160 8.2 升温水管的热流管法· 164 8.3 升温水管对严寒地区碾压混凝土重力坝越冬层面应力改善研究 170 9 微膨胀混凝土对严寒地区碾压混凝土坝越冬层面应力补偿研究 177 9.1 微膨胀混凝土筑坝技术 177 9.2 微膨胀混凝土自生体积变形特性及力学性能 179 9.3 微膨胀混凝土自生体积变形计算模型及应力计算方法 181 9.4 微膨胀混凝土对严寒地区碾压混凝土坝越冬层面应力补偿研究 185 10 人工短缝对严寒地区碾压混凝土重力坝越冬层面应力释放研究 190 10.1 人工短缝的数值模型 191 10.2 人工短缝对严寒地区碾压混凝土重力坝越冬层面应力释放研究 199 参考文献 201