基于LU模型的土石坝温度场与饱和-非饱和渗流场耦合分析

摘要

渗流问题一直是土石坝工程研究的重点课题，在实际工程的渗流计算中，渗流场多被单独考虑进行研究，然而，渗流场受外界多方面环境影响，温度作为土石坝渗流场的重要影响因素应加以考虑，土石坝渗流场与温度场是相互影响的双向耦合关系，通过研究两场耦合关系，可以建立更为合理的耦合模型，从而得出较为精确的数值解。由于渗流场与温度场具有较强的耦合关系，可以通过研究温度场来反馈渗流场特性，从而将研究成果应用到渗流监测中，为实际工程提供理论参考。
　　本文主要采用理论分析和数值模拟的方法研究土石坝渗流场与温度场耦合特征。首先，通过理论分析揭示了两场相互作用的机理，在此基础上，利用数值模拟方法分析了两场耦合的基本特征，最后，通过实际工程进一步研究了两场耦合关系。本文主要内容和成果如下：
　　（1）通过探究多孔介质对流传热基本理论以及相关参数的影响因素，认为土石坝饱和区域传热主要受对流传热影响，非饱和区域主要受热传导影响，也受对流传热影响；同时，认为流体的密度和粘度受温度影响的变化会对土体的渗透性产生影响，尤其是流体粘度的变化会对渗流产生较大影响。
　　（2）研究了 L u导热模型来描述传热参数随含水率的变化关系。通过实测资料与理论分析研究了Lu导热模型的计算精度，认为其能够较为精准的刻画土体导热系数随含水率的变化关系。计算结果表明：通过估算岩土体石英含量采用Lu模型来描述导热系数与饱和度的定量关系是可以满足精度要求的；相比于常物性耦合模型，变物性渗流场与温度场耦合模型计算更加精确；渗流场对温度场影响较大，饱和区域温度主要受对流传热影响，非饱和区域主要受热传导影响，渗流速度越大，对流传热影响越明显。
　　（3）以某土石坝工程为例，研究分析了大坝的三维渗流状态，同时，建立了防渗墙渗漏下的土石坝两场耦合模型，分析了渗漏情况下的土石坝温度场与渗流场响应特征，当土石坝防渗墙发生渗漏时，渗漏通道附近的岩土体受库水温影响，必将改变其周围温度场的分布，若通过测温仪器监测到该处温度场的变化，便可以捕捉到渗漏点以及渗漏发生的时间。通过分析大坝温度场变化是可以反馈出大坝渗流场的时空分布特征的。

目录

声明

1绪论

1.1研究背景与意义

1.2饱和-非饱和渗流场与温度场的耦合分析研究现状

1.3本文的研究内容和技术路线

2土石坝渗流场与温度场耦合基本理论

2.1土石坝温度场对渗流场影响的机理

2.2土石坝渗流场对温度场影响的机理

2.3土石坝渗流场与温度场耦合模型

2.4本章小结

3.1数值模型

3.2温度对渗流场影响分析

3.3渗流对温度场影响分析

3.4本章小结

4工程应用实例分析

4.1工程概况

4.2计算模型和边界条件

4.3防渗墙渗漏下土石坝渗流场与温度场的响应分析

4.4本章小结

5.1结论

5.2展望

致谢

参考文献

附录