岩体钻孔温度随深度变化规律分析

7.5.2　岩体钻孔温度随深度变化规律分析

本次现场监测工作在钻孔内布置6处温度传感仪，分别位于岩石表面，岩壁内5cm处、15cm处、30cm处、50cm处和80cm处。选取2011年3月1日—2011年3月8日的温度监测数据对钻孔温度随深度变化规律进行分析（图7.20）。

图7.20为钻孔内各深度温度动态变化监测成果。据此分析岩体内部温度随深度的变化规律，可以得出以下结论。

（1）对钻孔内各深度的温度逐一进行相关性分析。其中岩壁表面温度和5cm处温度的相关系数为0.942，5cm与15cm处的温度相关系数为－0.275，15cm与30cm处的温度相关系数为－0.02，30cm与50cm处的温度相关系数为0.896，50cm与80cm处的温度相关系数为0.927。从各相关系数可知，在0～5cm范围内岩体温度波动不大，呈正相关；5～30cm范围内岩体温度规律性差，波动较大；30～80cm范围内岩体温度波动不大，呈正相关。分析可知，5～30cm处于正负温度场交界处，该范围温度应力变化较复杂。

图7.20　2011年3月1日—3月8日大气及钻孔内各深度温度动态变化

图7.21　2011年3月1日—3月8日钻孔内各深度温差动态变化

（2）由图7.21可知，钻孔不同位置的温度波动整体趋于一致。大气温度一般在14：00～16：00达到波峰，最大峰值为11.9℃，在6：00～7：00达到波谷，低值为－11.9℃；岩石表面温度一般早于大气温度达到波峰，一般在14：00左右，最大峰值为21℃，在6：00～8：00达到波谷，低值为－4.5℃；5cm处滞后于岩石表面，一般在15：00左右达到温度波峰，最大峰值为15.6℃，在8：00～9：00达到波谷，低值为－4℃；15cm处一般滞后较多，在21：00～23：00达到波峰，最大峰值为11.5℃，在12：30～15：00达到波谷，低值为－3.9℃；30cm处一般在17：00左右到达温度波峰峰值，早于15cm处，最大峰值为8.1℃，在8：00～9：00达到波谷，低值为－2.1℃；50cm处滞后于30cm处，一般在19：00～21：00达到温度波峰，最大峰值为6.6℃，在9：00～10：00达到波谷，低值为2.2℃；80cm处一般在14：00～17：00达到温度波值，最大峰值为6.2℃，在9：00～10：30达到波谷，低值为3.1℃。外界温度高于山体，外界向山体传递热量。当外界温度低于山体内部温度时，山体向外界散热。0～5cm段主要受外界传递热量影响较大，晚间山体内部散热对该处影响不大。5～30cm段处于热流缓冲区。白天，外部经过该区域向钻孔内部传递热量；晚上，山体内部通过该区域向外部散热。30～80cm段，外界传递热量影响较小，特别是50～80cm段受外界热量传递影响甚微。

（3）钻孔内各深度温度仍然呈现24h的周期性变化（图7.22）。在一个周期内，岩石表面的温度变幅最大可达20.8℃，5cm处温度变幅最大可达17.1℃，15cm处温度变幅最大可达10.3℃，30cm处温度变幅最大可达8℃，50cm处温度变幅最大可达2.4℃，80cm处温度变幅最大可达1.4℃。由此可知，0～5cm范围内温度变幅最大，温度应力最大；5～30cm范围内温度变幅较大，温度应力影响不可忽视；30～80cm范围内温度变幅很小，温度应力可忽略。

图7.22　2011年3月1日—3月8日钻孔内各深度与岩壁表面温差动态变化

（4）岩石表面、5cm和15cm处在监测期内出现5次处于0℃以下的温度，30cm处在监测期内出现了3次低于0℃以下的温度。这说明在0～30cm范围内，岩体常出现冻融循环作用。由于砂岩具有较强的透水性，在含水环境下出现冻融循环，对岩体破坏作用明显。

（5）砂岩吸热效果较强，在日晒作用下，岩壁表面温度高于大气温度；5cm处的温度比岩壁表面的温度高，可见外部环境传递热量效率高于山体向外散热效率；15cm处的温度有时高于5cm处，有时低于5cm处，可知该范围岩体处于交替吸收—释放热量部位；30cm处的温度时高时低于15cm处，该范围也处于交替吸收—释放热量部位；50cm处的温度整体高于30cm处，80cm处的温度与50cm处的温度相仿，变化不大，可知该范围热量交流较平缓。