单裂隙岩体渗流与传热耦合的解析解与参数敏感度分析

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1、北京交通大学硕士学位论文单裂隙岩体渗流与传热耦合的解析解与参数敏感度分析姓名：任晔申请学位级别：硕士专业：岩土工程指导教师：项彦勇20090601中文摘要摘要：裂隙岩体的渗流与传热耦合作用对核废料处置库的总体性能和安全评估起着举足轻重的作用。本文在阅读国内外大量相关文献的基础上，对反映裂隙岩体温度场分布的单裂隙岩体热流模型进行总结分析，并对影响温度场分布的相关参数进行了参数敏感性分析。本文的主要工作和成果包括：1)分析了裂隙岩体在渗流场和温度场耦合作用下的温度分布特征，并根据地下水传热的控制微分方程，基于单平行板裂隙

2、热流模型，针对无填充裂隙一维流动传热(即不考虑裂隙填充物的水平导热系数)的情况进行推导，并按照一定的方法对温度控制方程进行求解，得到相应的解析解答。2)总结分析了单裂隙岩体渗流传热耦合作用的解析解答，并根据本文的工程背景有针对性的选取无填充裂隙一维流动传热解析解和有填充裂隙(或含水层)一维流动传热解析解答进行相应的计算分析。3)分别对上述两种解析解答进行参数的敏感度分析，包括绝对敏感度和相对敏感度两部分。分析过程中将各个参数视为独立变量，对各个参数进行单因素敏感性分析，最终求得各参数在基准值下对应的相对敏感性函数和相

3、对敏感性因子，并依此作为参数敏感性高低的评判依据。4)根据计算分析，得出结论：岩石导热系数、岩石体积比热、裂隙填充物孔隙度及其水平导热系数均属于低敏感性因素，而流体的体积比热、裂隙开度和流体流速则均属于高敏感性因素。关键词：裂隙岩体、渗流场、温度场、热流耦合作用、参数敏感性分析分类号：TU42111ABSTRACTABSTRACT：Leakageisoneofthemostsignificantfactorsthatinfluencethegeneralperformanceandthesafetyevaluatio

4、nofthenuclearwasterepository．Basedonthestudyofrelevantliterature，thesingle—fracturedheat—fluidmodelwhichCanobjectivelyreflecttheseepagefieldandtemperaturefieldoffracturedrockmassiscalculatedandanalyzed．Inaddition，parametersensitivityanalysisisperformedtostudyth

5、erelevantparametersthatinfluencethetemperaturefield．Themajorcontentsareasfollows：(1)Thedistributionandinterrelationbetweenseepagefieldandtemperaturefieldareanalyzed．Accordingtothedifferentialgoverningequationofundergroundflowheattransferandbasedontheheatflowmod

6、elofthesingleparallelfracture，thegoverningequationofone-dimensionalheattransferinnon—filledfractures(i．e．withoutregardtothehorizontalheatconductivityofthefractureinfill)isdeducedandtheanalyticalsolutionisobtained．(2)Theanalyticalsolutionsofcoupledflowandheattra

7、nsferinsingle-fracturedrocksaresummarized．Furthermore，thesolutionsthatone-dimensionalheattransferinbothnon-filledandfilledfracturesarecalculatedandanalyzed．(3)Parametersensitivityanalysisisconductedrespectivelyintheaboveanalyticalsolutions，includingthatoftheabs

8、oluteandtherelativesensitivities．Duringtheanalysis，eachparameteristreatedasindividualvariableandthesingle-factorparametersensitivityisperformedtoeachparameter．Finally,therel