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水利工程论文-土石坝渗流热监测技术研究.doc

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水利工程论文-土石坝渗流热监测技术研究.doc

水利工程论文-土石坝渗流热监测技术研究摘要:文章对土石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,对土石坝的热学特性以及土石坝温度与渗流的关系等关键技术问题进行了讨论,从理论上证明利用分布式光纤量测得到的温度场,通过有限元数值计算可以得到渗流场的渗透系数,从而实现对渗流场的监测。关键词:土石坝渗流热监测技术温度渗流耦合1渗流热监测技术的基本原理土石坝的土石体介质内非渗流区的温度场分布受单纯的热传导控制,在土石体表层10~15m范围内,温度场受流体(空气、水)的季节性温度变化控制,越靠近表面区域与流体温度越一致。由于土体具有较低的热传导特性,土体导热率低,温度场分布较均匀,流体温度与土体内部的温度差别随深度而增加。当土石体内存在大量水流动时,土石体热传导强度将随之发生改变,如渗透系数大于10-6m/s,土石体传导热传递将明显被流体运动所引起的对流热传递所超越。即使很少的水体流动也会导致土石体温度与渗漏水温度相适应,由此引起温度场的变化。将具有较高灵敏度的温度传感器埋设在土石坝的土石介质的挡(蓄)水建筑物的基础或内部的不同深度。如测量点处或附近有渗流水通过(渗透流速一般必须大于10-6m/s),水流的运动和迁移,土中热量传递的强度发生改变,将打破该测量点处附近温度分布的均匀性及温度分布的一致性。土体温度随渗水温度变化而变化。在研究该处正常地温及参考水温后,就可独立地确定测量点处温度异常是否是由渗漏水活动引起的,这一变化可作为渗漏探测的指征,从而实现对土体内集中渗漏点的定位和监测。2渗流热监测技术的研究历史和现状2.1利用点式热敏温度计测量温度进而监测渗流场早期渗流热监测技术主要是通过在水工建筑物或其基础内埋设大量热敏温度计来进行温度测量的。美国加利福尼亚Occidental大学地质系的JosephH.Birman等人从1958年开始研究利用这一技术勘探地下水,1965年JosephH.Birman将这一技术用于水坝的漏水探查中,并申请了专利。美国垦务局也将这一技术成功地应用于一些病险土石坝的治理。前苏联将其扩展至混凝土坝,在水库蓄水后发现了地下集中渗漏通道。上述测量方法的致命缺陷是对土体内温度实施点式测量,因测量点有限,对温度场分布中的不规则区域集中渗漏往往漏检,因此增大了对渗漏通道的漏检概率。2.2热脉冲方法(HPM)渗流监测技术渗漏水流必然与对流热传输相伴

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