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裂隙岩体热流模型研究

白兰兰  
【摘要】:裂隙岩体的渗流状态对工程安全起着举足轻重的作用。本文在阅读国内外大量文献的基础上,详细分析了裂隙岩体中相互影响的渗流场和温度场的分布特征,建立了能真实反映裂隙岩体温度和渗流分布的裂隙岩体热流模型。基于流体力学和传热学的基本原理,分析了平板裂隙渗流和圆柱形通道渗漏两种情况下整个裂隙岩体的温度分布特征,讨论了流量、流体与岩体温差等因素对裂隙岩体温度场分布的影响,根据现场温度场分布,推导出裂隙内的渗流量、等效水力隙宽等渗流场参数,如此实现:采集大量现场温度数据→总结温度分布特征→反演现场裂隙水流通量、等效水力隙宽等水文地质参数,从而实现利用温度场探漏的目的。最后,结合具体工程实例,验证了模型的正确性。本文主要工作如下: (1)分析了裂隙岩体的温度场、渗流场分布特征以及相互影响。大裂隙或断裂在渗流区域中起主要导水作用,直接影响温度场的分布,而低温水流的加入使整个地区形成以裂隙为最低温度面,形状近似平行于裂隙分布的温度场。 (2)建立了平板裂隙热流模型。针对裂隙岩体中裂隙对渗流的主控作用,借鉴了单裂隙平行板模型,考虑了对流换热,根据动量守恒、质量守恒和能量守恒定律建立了平板裂隙热流模型,并分别进行了稳态和瞬态下的一维和二维建模与求解。 (3)建立了圆柱形渗漏通道热流模型。根据裂隙岩体地区现场实测的渗漏通道有许多为圆柱形这一情况,类比平行板热流模型,建立了圆柱形渗漏通道热流模型,借助数学物理方法对模型进行求解,得到稳态、瞬态热流模型下的一维和二维解析解。 (4)结合工程实践,应用所建立的数学模型对工程中的渗流场分布以及相应的水文地质参数进行计算分析,并与通过现场试验结果对比,验证了模型的正确性。


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