大坝渗漏传热模型分析与研究

【摘要】：大坝的渗漏破坏理论始终是大坝研究的重要课题之一。本文回顾了国内外大坝垮坝事故,其中渗漏引起的破坏最为主要。由于地表以下一定深度范围,受太阳辐射等外热和地球内热作用而形成地温场,通常大坝渗漏过程会伴随着热过程,因此,本文利用地下水温度场对大坝渗漏进行定性分析与定量计算,并应用于陡河水库。本文主要针对定量计算方面进行了较为系统深入的研究,主要内容如下: (1) 根据能量守恒原理、传热学理论,由能量平衡方程及热传导方程联合建立大坝渗漏传热模型。对方程进行无量纲化,并作拉普拉斯变换,从而得到拉普拉斯域内一般解。再利用围道积分对其进行逆变化,得到无量纲渗漏水温度及地层温度解析解。 (2) 渗漏通道周围地层中发生热传导,因而温度分布满足对数函数。而现场测试试验中有大量温度观测数据,提取与渗漏通道同一高程其它钻孔的温度值,并将这些实验数据在对数函数理论模型下进行曲线拟合,从而可以计算出渗漏通道半径。 (3) 利用Mathematica软件包对传热模型中渗漏水流速、岩石热物性参数及对流换热系数对传热的影响情况进行计算分析。根据分析结果,随着渗漏水流速的增大,温度变化将变小,符合一般规律;分析岩石热物性参数时,主要讨论了孔隙率及含水量对热导率及导温系数的影响,从而影响渗漏水的温度变化情况;渗漏水的温度变化随对流换热系数增大而增大,当对流换热系数较大时,趋于稳定。