土石坝渗流场与温度场耦合研究

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1、南京水利科学研究院硕士学位论文土石坝渗流场与温度场耦合研究姓名：周春煦申请学位级别：硕士专业：岩土工程指导教师：王士军;李雷20080601摘要摘要土石坝为连续介质，其渗流场与温度场是相互作用和相互影响的。渗流场的变化将促进大坝内部的热量传递与交换而影响大坝温度场的分布；同时温度场的变化将会引起水的粘度及坝体渗透特性的变化，继而改变土石坝渗流场分布。基于温度场反馈渗流场的特征是近年来的热门研究课题之一，因此研究两场的耦合效应具有重要的理论价值和实用价值。本文主要采取理论分析、物理模拟试验和数值模拟分析等方法研究分析渗

2、流场与温度场的耦合变化规律。首先探讨了渗流场和温度场的耦合基本理论，在此基础上，进行了不同水力条件、环境条件下的渗流场和温度场的一维普圆筒和二维水槽模型试验，将分布式光纤温度测量系统(DTS)应用到模型试验的温度测量工作中。基于渗流水头、渗透坡降和渗流量以及温度、温度梯度对比分析研究渗流场和温度场的空间分布规律和时间序列变化趋势以及两者之间的耦合规律及内在联系，重点研究温度场特征指标反馈渗流场特征指标的方法与规律，探索利用分布式光纤温度监测技术反馈大坝渗漏的定量评估方法。本文基于渗流场与温度场耦合数学模型，利用伽辽金

3、法导出两场耦合的有限元法计算公式，采用Geostudio软件的渗流模块和温度模块对上述室内试验模型进行了数值模拟研究。通过数值模拟研究分析了渗流场特征参数(渗透系数、渗流水头等)和温度场特征参数(比热容、热传导系数等)对温度场时空分布的敏感性影响，研究了温度场反馈渗流场的方法和规律特征，揭示了渗流场与温度场的耦合规律。关键词：渗流温度DTS圆筒试验水槽试验耦合数值模拟AbstraetAbstractEmbankmentdamsareconstructedbycontinuousmedium，inwhichthesee

4、pageflowandtemperaturearemutuallyinfluenced．Thechangeofseepagefieldwillacceleratetheheattransferinthedambody，whichmayaffectthedistributionofdamtemperature．Meanwhilethevariationoftemperaturefieldcausesthechangeofwaterviscosityandhydraulicconductivity，whichmaylea

5、dvariationofdistributionoftheseepagefield．Soitiswithimportanttheoreticalandpracticalvaluestostudythecouplingbetweentheseepagefieldandtemperaturefield．Nowresearchoftemperaturefieldtofeedbacktheseepagefieldinthedamhasbeenahotissue．Inthepaper，theoreticalmethod，lab

6、oratorytest，numericalsimulationanalysisareadoptedforthestudyofthecouplingbetweenseepagefieldandtemperaturefield．Thecouplingmathematicalmodelhasbeenfirstlyestablishedinthepaper．Theone—dimensinalseepagecylinderandtwo-dimensionalchannelseepageexperimentalmodeltest

7、shavebeendoneinthelaboratoryfordifferenthydraulicconditionsandenvironmentalconditions．Thetemperaturefieldisobservedbydistributedtemperaturemonitoringsystemwithahighresolutionandaccuracyinthetests．Thespatialdistributionandvariationcharacteristicswithtimeoftemper

8、aturefieldandseepagefieldfortheseepagecylinderandchannelmodelarestudiedwithcomparisionofseepageparameterssuchashydraulichead，seepageflux，seepagegradientandtemperatureparamet