土坝渗流热监测理论研究

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渗流热监测技术在对土坝渗流场监测方面以其直观、准确,成本相对较低的优势,具有广阔的发展前景和良好的应用价值。但目前停留在定性判断阶段,为了进一步定量地了解渗流场的分布,求得渗流场的水力要素,还需要利用量测得到的温度来进行渗流场反分析,得到渗流场的渗透系数,从而进一步更有效地对渗流场进行定量监测,这就需要进一步发展渗流热监测理论。 本文对土坝渗流热监测技术的基本原理、研究历史和现状进行了介绍, 对土坝的热学特性以及土坝温度与渗流的关系等关键技术问题进行了讨论。以匀质土坝为例,提出了渗流场和温度场的耦合模型,分析得到了渗流场和温度场之间的定量关系,依据理论分析的结果选用了适宜的数学模型,并采用简单并行之有效的优化算法,通过一定量的有限元数值计算分析工作,对渗流场进行反分析,得到了渗流场的渗透系数,取得了比较好的成果。 文章研究了温度变化对水体物理化学参数的影响,由相应的计算公式定量分析了其影响程度,确定了土坝渗流场与温度场耦合分析时要考虑温度影响的参数,得到了温度对渗流场影响不大,而渗流场对温度常影响较大的结论。并且,随着渗透系数的增大,渗流场对温度场的影响更加明显,而温度场对渗流场的影响减弱;当渗透系数小于10-9m/s时,渗流对于温度的影响非常小,可以忽略,温度是由热传导控制;当渗透系数大于10-6m/s时,温度基本上由渗流水控制,此时渗流对于温度的影响非常大,热对流效应远远超过了热传导效应,当渗透系数大于10-5m/s时,温度完全由渗流水控制,即此时的温度值非常接近水体的温度。 文章结合工程计算实例来进行渗流场的反分析,把渗流场反分析的数学模型在工程计算实例中加以应用,利用温度测值进行渗流场反分析,得到渗透系数,反分析的结果是有效的,本文所提出的研究路线是可行的。
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