›› 2015, Vol. 36 ›› Issue (2): 584-590.doi: 10.16285/j.rsm.2015.02.039

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基于流-热耦合模型的土石坝渗流热监测研究

吴志伟1, 2,宋汉周1   

  1. 1.河海大学 地球科学与工程学院,江苏 南京 210098;2.东北电力设计院,吉林 长春 130033
  • 收稿日期:2013-10-10 出版日期:2015-02-11 发布日期:2018-06-13
  • 作者简介:吴志伟,男,1985年生,博士,主要从事地下水、应用地球物理探测研究。
  • 基金资助:

    国家自然科学基金项目(No. 41272265);江苏省普通高校研究生科研创新计划资助项目(No. CX09B_167Z)。

Numerical simulation of embankment dam seepage monitoring with temperature based on thermal-hydro coupling model

WU Zhi-wei1, 2, SONG Han-zhou1   

  1. 1. College of Earth Science and Engineering, Hohai University, Nanjing, Jiangsu 210098, China; 2. Northeast Electric Power Design Institute, Changchun, Jilin 130033, China
  • Received:2013-10-10 Online:2015-02-11 Published:2018-06-13

摘要: 为有效应用基于分布式光纤测温的渗流热监测技术,需研究待监测区的背景温度场特征。为此,建立了土石坝饱和-非饱和瞬态渗流场与温度场耦合模型(流-热耦合),模型考虑了热对流、热传导和热扩散效应,温度边界按周期性气温考虑,且相关参数按非线性考虑,如流体黏度的热效应、导热系数受含水率影响等,其仿真结果更接近土石坝温度场的真实状态。基于典型算例,讨论了与大气温度相关的周期性波动温度场特征。计算结果表明:温度场受坝体渗流和气温的影响,库水及气温是两个重要热源,饱和带的温度受库水渗流控制,非饱和带主要受气温控制,具有季节波动特征;在土石坝心墙部位若发生集中渗漏,渗漏通道附近岩土体的温度受库水影响;若在心墙上敷设分布式光纤传感器,很容易捕捉到渗漏点位置及渗漏发生的时刻。渗流热监测技术在理论上可以反映渗流场的时空分布特征,在资料分析中还应关注由气温波动引起的温度异常。

关键词: 土石坝, 温度场, 饱和-非饱和渗流场, 渗流热监测, 数值模拟

Abstract: In order to implement the seepage monitoring with temperature in embankment dam with the popular distributed fiber optic temperature sensor system (DTS), it’s necessary to study the background characteristics of temperature field. Herein, a saturated-unsaturated seepage field and temperature field coupling model (thermal-hydro coupling, i.e. T-H) is established. The model considers the heat convection-conduction-diffusion, as well as the boundary periodically fluctuation with atmosphere temperature. Some parameters are considered nonlinearly so that the result of simulation is closer to the true state of dam temperature field. For instance, the fluid viscosity is influenced by temperature and thermal conductivity is influenced by moisture, and so on. A clay core embankment dam is taken as a case study. It is shown that the temperature field within the dam has the characteristics of seasonal fluctuation, which is controlled by seepage and atmospheric temperature. Specifically, the heat from the reservoir controls the temperature variation of the saturated zone and the heat from atmosphere controls that of the unsaturated zone. If the core wall leaks, the temperature nearby will reduce as cold reservoir water flowing into. In this case, the distributed fiber sensors lying on the core wall can be used to detect spatial and temporal distributions of leakage. The conclusions are drawn as follows that the seepage monitoring with temperature is effective in theory. In the data analysis, particular attention should be paid to the temperature anomalies caused by atmosphere temperature.

Key words: embankment dam, temperature field, saturated-unsaturated seepage field, seepage monitoring with temperature, numerical simulation

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[1] 李翻翻, 陈卫忠, 雷江, 于洪丹, 马永尚, . 基于塑性损伤的黏土岩力学特性研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(1): 132-140.
[2] 夏 坤, 董林, 蒲小武, 李璐, . 黄土塬地震动响应特征分析[J]. 岩土力学, 2020, 41(1): 295-304.
[3] 郭院成, 李明宇, 张艳伟, . 预应力锚杆复合土钉墙支护体系增量解析方法[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 253-258.
[4] 闫国强, 殷跃平, 黄波林, 张枝华, 代贞伟, . 三峡库区巫山金鸡岭滑坡成因机制与变形特征[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 329-340.
[5] 刘红岩. 宏细观缺陷对岩体力学特性及边坡稳定影响研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 431-439.
[6] 金爱兵, 刘佳伟, 赵怡晴, 王本鑫, 孙浩, 魏余栋, . 卸荷条件下花岗岩力学特性分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 459-467.
[7] 韩征, 粟滨, 李艳鸽, 王伟, 王卫东, 黄健陵, 陈光齐, . 基于HBP本构模型的泥石流动力过程SPH数值模拟[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 477-485.
[8] 吴锦亮, 何吉, . 岩质边坡动态开挖模拟的复合单元模型[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 535-540.
[9] 刘伟俊, 张晋勋, 单仁亮, 杨昊, 梁辰, . 渗流作用下北京砂卵石地层多排管局部 水平冻结体温度场试验[J]. 岩土力学, 2019, 40(9): 3425-3434.
[10] 吴凤元, 樊赟赟, 陈剑平, 李军, . 基于不同侵蚀模型的高速崩滑碎屑 流动力过程模拟分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(8): 3236-3246.
[11] 孙峰, 薛世峰, 逄铭玉, 唐梅荣, 张翔, 李川, . 基于连续损伤的水平井射孔-近井筒三维破裂模拟[J]. 岩土力学, 2019, 40(8): 3255-3261.
[12] 穆锐, 浦少云, 黄质宏, 李永辉, 郑培鑫, 刘 旸, 刘 泽, 郑红超, . 土岩组合岩体中抗拔桩极限承载力的确定[J]. 岩土力学, 2019, 40(7): 2825-2837.
[13] 金俊超, 佘成学, 尚朋阳. 基于应变软化指标的岩石非线性蠕变模型[J]. 岩土力学, 2019, 40(6): 2239-2246.
[14] 张 聪, 梁经纬, 阳军生, 曹 磊, 谢亦朋, 张贵金, . 堤坝脉动注浆浆液扩散机制及应用研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(4): 1507-1514.
[15] 严 健, 何 川, 汪 波, 蒙 伟, . 高地温对隧道岩爆发生的影响性研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(4): 1543-1550.
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[1] 胡大伟,周 辉,谢守益,张 凯,邵建富,冯夏庭. 大理岩破坏阶段Biot系数研究[J]. , 2009, 30(12): 3727 -3732 .
[2] 师旭超,韩 阳. 卸荷作用下软黏土回弹吸水试验研究[J]. , 2010, 31(3): 732 -736 .
[3] 朱建明,彭新坡,姚仰平,徐金海. SMP准则在计算煤柱极限强度中的应用[J]. , 2010, 31(9): 2987 -2990 .
[4] 白 冰,李小春,石 露,唐礼忠. 弹塑性应力-应变曲线的斜率恒等式及其验证和应用[J]. , 2010, 31(12): 3789 -3792 .
[5] 唐利民. 地基沉降预测模型的正则化算法[J]. , 2010, 31(12): 3945 -3948 .
[6] 李占海,朱万成,冯夏庭,李绍军,周 辉,陈炳瑞. 侧压力系数对马蹄形隧道损伤破坏的影响研究[J]. , 2010, 31(S2): 434 -441 .
[7] 蔡辉腾,危福泉,蔡宗文. 重庆主城区粉质黏土动力特性研究[J]. , 2009, 30(S2): 224 -228 .
[8] 宋 玲 ,刘奉银 ,李 宁 . 旋压入土式静力触探机制研究[J]. , 2011, 32(S1): 787 -0792 .
[9] 金解放 ,李夕兵 ,殷志强 ,邹 洋. 循环冲击下波阻抗定义岩石损伤变量的研究[J]. , 2011, 32(5): 1385 -1393 .
[10] 周延军 ,耿应春 ,王贵宾 ,唐洪林 ,李祖奎. 深部地层岩石力学性质测试与分析研究[J]. , 2011, 32(6): 1625 -1630 .