大体积混凝土导热系数反演分析

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发布时间：2021-09-09

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大体积混凝土导热系数反演分析
赵玉青，邱攀，邢振贤，王静
(华北水利水电学院土木与交通学院，河南郑州450011)
摘要：大体积混凝土的温度场计算一直是坝工混凝土设计和研究的重点。在分析坝体混凝土温度场时，不仅
需要坝区的气温、水温资料，还需要知道坝体混凝土的热力学参数。介绍了大体积混凝土导热系数的反演分
析原理和方法。结合江垭混凝土重力坝原型温度资料，利用最小二乘法原理建立数学模型，计算出该大坝大
体积混凝土的导热系数。计算结果和实验室数据很接近，表明反演分析方法是可信的。利用反演分析得到的
导热系数，一方面可对已建工程进行实际安全度的评价；另一方面能对在建工程的设计、施工进行优化。具有
一定的科学价值和广泛的应用前景。
关键词：大体积混凝土；导热系数；反演分析；最小二乘法；监测资料
中图法分类号：TV431 文献标志码：A
关于大体积混凝土，目前国内外尚无一个统一的
规定。现在的新观点认为所谓大体积混凝土是指结构
尺寸大到必须采取相应技术措施，妥善处理内外温度
差值，合理解决温度应力的混凝土，一般在水工建筑物
里较为常见。
大体积混凝土的温度场，一直是坝工混凝土设计
和研究的重点。在分析坝体混凝土温度场时，不仅
需要坝区的气温、水温资料，还需要知道坝体混凝土的
导热系数。对于重要的混凝土工程，导热系数一般都
是由温度实测资料求得，即通过在工程施工中埋设的
混凝土温度计，收集混凝土温度观测资料，并依据原位
资料反演分析求得混凝土的导热系数。常规的分析方
法是根据假定的参数计算混凝土内部温度值，反演分
析则是根据内部测点的温度值推求热学参数和边界参
数。使用这种方法，即使在复杂的和不稳定环境中也
可以计算所需参数。
以往的研究成果一般局限于常规混凝土，对大体
积混凝土的研究还停留在有限的实验数据和常规分析
方法上。除了大体积混凝土应用历史比较短外，最重
要的原因在于大体积混凝土本身结构比较复杂，与之
对应的荷载、计算参数、边界条件、计算方法等还难以
精确模拟。因此开展大体积混凝土工程原位观测资料
的反演分析研究是非常必要的。
1 基本原理和方法
对于坝体混凝土温度场，吴中如提出了用于描述
热传导过程的扩散方程：
： 0[V (1)
d￡
式中，为导温系数，一般用靠近下游面1 m以内的温
度计的实测资料反演求．得。因此可以假设为一维问
题，并且令气温按正弦曲线作周期性变化，则边界条件
为：
=0时， T(t) =Tmsintot (2)
式(1)满足边界条件(2)的解为：
( ，t) = e sin( t— ) (3)
式中，为计算点到坝面的距离，m；Tm为气温日变化
的振幅，oC；为角频率，对于气温的日变化， =：；01
为混凝土的导温系数，m ／h。