土石壩滲流熱監(jiān)測技術(shù)研究(1)

1、土石壩滲流熱監(jiān)測技術(shù)研究土石壩滲流熱監(jiān)測技術(shù)研究(1)(1)土石壩滲流熱監(jiān)測技術(shù)研究土石壩滲流熱監(jiān)測技術(shù)研究(1)(1)摘要：文章對土石壩滲流熱監(jiān)測技術(shù)的基本原理、研究歷史和現(xiàn)狀進行了介紹，對土石壩的熱學(xué)特性以及土石壩溫度與滲流的關(guān)系等關(guān)鍵技術(shù)問題進行了討論，從理論上證明利用分布式光纖量測得到的溫度場，通過有限元數(shù)值計算可以得到滲流場的滲透系數(shù)，從而實現(xiàn)對滲流場的監(jiān)摘要：文章對土石壩滲流熱監(jiān)測技術(shù)的基本原理、研究歷史和現(xiàn)狀進行了介紹，對土石壩的熱學(xué)特性以及土石壩溫度與滲流的關(guān)系等關(guān)鍵技術(shù)問題進行了討論，從理論上證明利用分布式光纖量測得到的溫度場，通過有限元數(shù)值計算可以得到滲流場的滲透系數(shù)，從而

2、實現(xiàn)對滲流場的監(jiān)測。思想?yún)R報 http:/ http:/ 滲流熱監(jiān)測技術(shù)的基本原理 代寫論文 http:/土石壩的土石體介質(zhì)內(nèi)非滲流區(qū)的溫度場分布受單純的熱傳導(dǎo)控制，在土石體表層 1015m 范圍內(nèi)，溫度場受流體(空氣、水)的季節(jié)性溫度變化控制，越靠近表面區(qū)域與流體溫度越一致。由于土體具有較低的熱傳導(dǎo)特性，土體導(dǎo)熱率低，溫度場分布較均勻，流體溫度與土體內(nèi)部的溫度差別隨深度而增加。 畢業(yè)論文 http:/當(dāng)土石體內(nèi)存在大量水流動時，土石體熱傳導(dǎo)強度將隨之發(fā)生改變，如滲透系數(shù)大于 10-6m/s，土石體傳導(dǎo)熱傳遞將明顯被流體運動所引起的對流熱傳遞所超越。即使很少的水體流動也會導(dǎo)致土石體溫度與滲漏水

3、溫度相適應(yīng)，由此引起溫度場的變化。將具有較高靈敏度的溫度傳感器埋設(shè)在土石壩的土石介質(zhì)的擋(蓄)水建筑物的基礎(chǔ)或內(nèi)部的不同深度。如測量點處或附近有滲流水通過(滲透流速一般必須大于 10-6 m/s)，水流的運動和遷移，土中熱量傳遞的強度發(fā)生改變，將打破該測量點處附近溫度分布的均勻性及溫度分布的一致性。土體溫度隨滲水溫度變化而變化。在研究該處正常地溫及參考水溫后，就可獨立地確定測量點處溫度異常是否是由滲漏水活動引起的，這一變化可作為滲漏探測的指征，從而實現(xiàn)對土體內(nèi)集中滲漏點的定位和監(jiān)測。2 滲流熱監(jiān)測技術(shù)的研究歷史和現(xiàn)狀2.1 利用點式熱敏溫度計測量溫度進而監(jiān)測滲流場 畢業(yè)論文http:/早期滲流

4、熱監(jiān)測技術(shù)主要是通過在水工建筑物或其基礎(chǔ)內(nèi)埋設(shè)大量熱敏溫度計來進行溫度測量的。美國加利福尼亞 occidental 大學(xué)地質(zhì)系的 josephh.birman 等人從 1958 年開始研究利用這一技術(shù)勘探地下水，1965 年 josephh.birman 將這一技術(shù)用于水壩的漏水探查中，并申請了專利。美國墾務(wù)局也將這一技術(shù)成功地應(yīng)用于一些病險土石壩的治理。前蘇聯(lián)將其擴展至混凝土壩，在水庫蓄水后發(fā)現(xiàn)了地下集中滲漏通道。上述測量方法的致命缺陷是對土體內(nèi)溫度實施點式測量，因測量點有限，對溫度場分布中的不規(guī)則區(qū)域集中滲漏往往漏檢，因此增大了對滲漏通道的漏檢概率。 畢業(yè)論文 http:/2.2 熱脈沖方

5、法（hpm）滲流監(jiān)測技術(shù) 作文http:/ 10-7m/s 引起的傳熱以外的熱量傳遞部分。使用一個線熱源，可以在大壩內(nèi)產(chǎn)生一個非常確定的熱量擾動。根據(jù)所在處的熱傳導(dǎo)率和滲流流速，在熱源范圍內(nèi)就可以獲得隨一個隨時間的特定溫升情況。通過測定這個作為時間函數(shù)的溫升，并與數(shù)值模型得到的溫度-時間曲線對比，就可能決定滲漏的流速，這就是熱脈沖方法（hpm）滲流監(jiān)測技術(shù)。熱脈沖方法的探測深度取決于加熱時間、熱源強度和孔隙水的流速。一般情況下，如果加熱周期在 6 到 8 個小時之間，小到 10-6m/s 量級的流速就可以被測到。 代寫論文 http:/2.3 分布式光纖熱滲流監(jiān)測技術(shù)作文 http:/ 40k

6、m 的光纖上實時連續(xù)采樣并能對測量點定位，測溫精度和空間分辯率也都有很大的提高。目前，這種技術(shù)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，如高壓輸電線、化工廠的反應(yīng)器等的溫度分布探測等。光纖溫度測量系統(tǒng)可望取代傳統(tǒng)點式溫度傳感器應(yīng)用于壩工、堤防的滲漏監(jiān)測中，并可以大大提高發(fā)現(xiàn)水工建筑物及其基礎(chǔ)集中滲漏通道的概率。 將分布式光纖溫度測量應(yīng)用于土石壩內(nèi)部的滲漏探測有兩種方式：即梯度方式和電熱脈沖方式。梯度法即利用光纖系統(tǒng)直接測量土體內(nèi)實際溫度，不對光纜進行加熱，其前提是河道或庫水溫與量測位置土體溫度存在比較明顯的溫度差，從而在滲漏水周圍就會產(chǎn)生局部溫度異常。電熱脈沖法是通過對光纜保護層的金屬外殼或特制光纜中的電導(dǎo)體通電

7、，使光纜加熱到一定程度，可克服可能的各種不利影響。當(dāng)存在滲漏水流時，光纜加熱過程中可以看到滲漏區(qū)的明顯溫度分布異常。這兩種方式用來探測集中滲漏均已試驗成功，且后一種方式適用范圍更廣泛。 畢業(yè)論文 http:/3 土石壩的熱學(xué)特性 作文 http:/ 在一個無滲漏的土石壩內(nèi)，溫度分布由純熱傳導(dǎo)的方式控制的。壩內(nèi)1015m 深處的溫度場則主要受壩表面的季節(jié)性溫度變化控制。壩表面以下部分，季節(jié)性溫度的最大和最小值直接與空氣和水的溫度值相關(guān)。由于大壩通常是由低熱傳導(dǎo)的材料組成的，因此隨深度的增加，大壩表面溫度的變化與壩內(nèi)土的溫度變化的相位差也增大，而相位差的大小則與熱擴散系數(shù)有關(guān)。3.1 熱傳導(dǎo)畢業(yè)論

8、文 http:/熱傳導(dǎo)主要發(fā)生在垂直方向，因為地?zé)岬幕魇窍蛏线\動的，空氣溫度變化引起的年溫度脈沖是向下運動的。地?zé)崃鲃油ǔ１容^小，約 0.1w/m2，大多數(shù)情況下可忽略不計。由于熱傳導(dǎo)僅沿一個方向進行，因此可以用解析法求解問題。根據(jù)瑞典 sam johansson 博士的研究表明，在瑞典，當(dāng)溫度變幅為 15且溫度特性正常的情況下，地面以下 5m 處溫度變幅是 7.1，10m 深度處為1.7。因此，對于高壩來說，垂直方向的熱傳導(dǎo)可以忽略。作文 http:/ 對流熱傳輸 論文代寫 http:/熱的對流方式傳輸比純熱傳導(dǎo)更有效，只要有小量的水流就會對溫度分布產(chǎn)生相當(dāng)大的影響。研究表明，在量級為 l

9、0-7m/s10-6m/s 的非常低的達西速度下，總的熱傳輸也還是由對流部分所控制。在這種情況下壩內(nèi)的溫度分布主要受水流溫度的影響。在壩內(nèi)或壩基內(nèi)，甚至小量水流也會引起土溫的調(diào)整。由于在低流速下也會出現(xiàn)溫度異常，因此溫度是探測土石壩內(nèi)滲漏的一個非常敏感的指標(biāo)。 4 土石壩溫度與滲流的關(guān)系壩體中滲流場與溫度場是相互作用、相互影響的。壩體中滲流場與溫度場雙場相互作用、相互影響的結(jié)果，會使雙場耦合到達某一動平衡狀態(tài)，形成溫度場影響下的滲流場及滲流場影響下的溫度場。 論文代寫http:/溫度場和滲流場耦合的過程實際上是熱能和流體在介質(zhì)中一個動態(tài)調(diào)整變化的過程，溫度場和流場任何一種因素的不穩(wěn)定均會導(dǎo)致另

10、一個因素的變化。一方面從物理過程來看，熱能通過介質(zhì)的接觸進行熱交換，而滲流流體則因存在勢能差在多孔介質(zhì)的孔隙進行擴散和流動，同時流體也作為熱能傳播的介質(zhì)，在多孔介質(zhì)中攜帶熱能沿運動跡線進行交換和擴散。另一方面從理化過程來看，熱能的變化導(dǎo)致介質(zhì)溫度的變化，從而影響介質(zhì)和流體本身的理化特性的改變，主要表現(xiàn)為介質(zhì)和流體體積效應(yīng)的改變，和流體流動特性參數(shù)的改變等方面。因此，滲流和溫度相互影響的過程實際上包括了能量平衡和耗散過程，以及媒介物質(zhì)發(fā)生理化反應(yīng)等過程。簡歷大全 http:/ 簡歷大全http:/ 溫度變化對滲流場的影響溫度變化時會影響水體和土體的物理和化學(xué)參數(shù)，從而影響滲流場在壩體內(nèi)部的分布。

11、土體中與滲流場和溫度場密切相關(guān)的參數(shù)有孔隙率、比熱容、熱傳導(dǎo)、導(dǎo)熱系數(shù)等參數(shù)，這些參數(shù)中在溫度變幅為 10內(nèi)變化極小或無變化，故可認(rèn)為溫度變化對土體的這些參數(shù)沒有影響。水體物理化學(xué)參數(shù)中和溫度場、滲流場密切相關(guān)的參數(shù)包括密度、重度、粘度、導(dǎo)熱系數(shù)、熱膨脹系數(shù)水體導(dǎo)溫系數(shù)、比熱 、運動粘滯系數(shù)等參數(shù)。假定水溫從=15上升到=20，各參數(shù)的變化量如下表所示：代寫論文 http:/表 1：各參數(shù)變化量參數(shù)論文代寫http:/畢業(yè)論文http:/代寫論文http:/代寫論文http:/作文http:/ 作文http:/ 代寫論文http:/0.1%簡歷大全http:/ http:/注：相對變化率=變化

12、量/=15時對應(yīng)的量 代寫論文http:/參數(shù) 畢業(yè)論文http:/簡歷大全http:/www.lw5簡歷大全http:/ 0.58691 14.02作文http:/ 相對變化率 代寫論文http:/0.17%簡歷大全http:/ http:/結(jié)合以上數(shù)據(jù)，在研究溫度變化對水體的物理化學(xué)性質(zhì)的影響過程中，比熱 、密度、導(dǎo)溫系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)、重度在 15至 20之間變化較小，可以不計其影響；運動粘度系數(shù)、動力粘度系數(shù)和水體熱膨脹系數(shù)的變化直接影響水體滲流特性，因此在耦合計算分析中需要考慮。 思想?yún)R報http:/ 4時）溫度上升時，體積膨脹，孔隙水壓力將上升。在總應(yīng)力保持不變情況下，孔隙水壓力上升必

13、然會導(dǎo)致有效應(yīng)力的相應(yīng)減小，進而引起水體的體積及土體體積的進一步變化，因此在溫度變化時，介質(zhì)內(nèi)固相體積、孔隙水體積，有效應(yīng)力、孔隙水應(yīng)力將進行調(diào)整，重新達到平衡狀態(tài)，滿足總體積不變和質(zhì)量守恒的條件?？梢远康卣J(rèn)為，當(dāng)溫度上升時，有效應(yīng)力減小，孔隙水壓力增大，即滲透壓力增大，當(dāng)溫度下降時反之。又根據(jù)現(xiàn)有研究證明：由溫度差形成的溫度勢梯度也會影響水的流動。由于溫度勢本身就是較為復(fù)雜的問題，因此，溫度對水流運動的影響目前只能用溫度梯度的一種經(jīng)驗表達式。例如，對一維情況，有7: 式中，為溫度變化引起的水流通量，是溫差作用下的水流擴散率，中已經(jīng)包含水體和土體的熱膨脹系數(shù)，物理化學(xué)變化系數(shù)的影響， 簡歷大

14、全 http:/ x 維坐標(biāo)軸 x 方向的梯度。所以論文代寫 http:/畢業(yè)論文 http:/畢業(yè)論文 http:/可推出溫度場影響下的滲流場方程： 代寫論文 http:/思想?yún)R報 http:/ 滲流場對溫度場的影響思想?yún)R報 http:/ http:/在一向?qū)岬那闆r下，當(dāng)土壩內(nèi)部存在滲流時，熱流量包括兩部分:一部分是由于土體本身的熱傳導(dǎo)作用，等于另一部分是由滲流夾帶的熱量，等于，因此熱流量為8：思想?yún)R報 http:/ x 方向的熱流量;為水的比熱;為水的密度;為土的導(dǎo)熱系數(shù)。因此，在單位時間內(nèi)流入單位體積的凈熱量為:論文代寫 http:/論文代寫 http:/這個熱量必須等于單位時間內(nèi)壩體

15、溫度升高所吸收的熱量，故 思想?yún)R報http:/ http:/思想?yún)R報 http:/ 為土體的比熱，為土體的密度。簡歷大全 http:/ 思想?yún)R報 http:/ http:/根據(jù)滲流場對溫度場的影響機理分析，可以知道滲流速度直接影響了溫度場的變化。簡歷大全 http:/ 滲流場和溫度耦合的一維求解 理論上，能同時滿足兩組 數(shù)學(xué) 模型的滲流場水頭分布 h(x, y, z,t)與溫度場分布 t (x, y, z, t)即為土壩滲流場與溫度場耦合分析的精確解，這就需要聯(lián)合求解兩式。眾所周知，在大多數(shù)情4.3 滲流場和溫度耦合的一維求解理論上，能同時滿足兩組數(shù)學(xué)模型的滲流場水頭分布 h(x, y, z,

16、t)與溫度場分布 t (x, y, z, t)即為土壩滲流場與溫度場耦合分析的精確解，這就需要聯(lián)合求解兩式。眾所周知，在大多數(shù)情況下，目前在數(shù)學(xué)上要單獨求解每式的解析解也是不可能的，聯(lián)合求解則更是難上加難。所以我們有必要討論一下雙場在一維狀態(tài)下的解析解，從而得出一些結(jié)論。思想?yún)R報 http:/ 代寫論文 http:/作文 http:/ http:/若取工程中的參數(shù)如下：取時，分別計算，并用圖表表示： 思想?yún)R報 http:/ http:/圖 1 不考慮耦合情況、作文 http:/ 2 考慮耦合情況不同 k 值下溫度比較 簡歷大全http:/ http:/圖 3 考慮耦合情況不同 k 值下比較 代寫論文 http:/圖 4 考慮耦合情況不同 k 值下比較局部放大圖由圖可以看出，耦合解析解(即 t1(x)及 h1(x)與非耦合解析解(即 t0 (x)及 h0(x)有很大的不同，滲流場而對溫度場的影響更為明顯。還可以看出，隨著滲透系數(shù)的增大，滲流場對溫度場的影響更加明顯，而溫度場對滲流場的影響