随着清洁、高效的地热能的开发利用,地源热泵得到了迅速发展。作为地源热泵一种形式的填砾抽灌同井因其经济性、高效性、节能性、环保性等特点,得到了人们的普遍关注,并广泛的投入到实际工程应用中。但随着系统运行时间的累积及地下弱透水层的影响,填砾抽灌同井会出现回灌困难和热贯通现象,造成其效率逐渐降低,为此改进造井工艺,提出多级回灌型填砾抽灌同井技术,关于多级回灌型填砾抽灌同井研究较少,尚处于研究初级阶段。因此本文结合填砾抽灌同井周围地下地质情况,以地下含水层多孔介质对渗流的影响及弱透水层的破裂为基点,通过实验与数值模拟探究多级回灌型填砾抽灌同井热贯通特性。首先利用达西实验原理搭建实验台,对按比例配制混合成多孔介质的孔隙度及渗透系数进行测试,为仿真提供基础数据,测得混合砂粒多孔介质的孔隙率为39.42%,渗流系数为0.253 cm/s。然后利用拉压万能试验机对模拟弱透水层的水泥砂浆试件进行压裂实验,得到水泥砂浆试件的力与时间变化关系、位移与时间的变化关系、力与位移的变化关系,并分析了试件压缩模量,弹塑性变形量等参数值,结合弱透水层压裂实验,建立了COMSOL模型,对弱透水层压裂情况进行数值模拟研究,得出二维,三维应力分布图,初步可以预估相似比例的弱透水层应变及分析其对多级填砾抽灌同井热贯通影响的情况。最后结合达西实验和弱透水层压裂实验,建立一级、二级和三级回灌型填砾抽灌同井数学模型。通过数值模拟分析其流场和温度场变化情况,对比分析一级回灌型,二级回灌型,三级回灌型填砾抽灌同井在9 min时抽水区温度对比分析,三级回灌抽水温度高于一级回灌抽水温度0.8 ℃,能有效减缓热贯通现象。同时对于流场分析得出多级回灌增大回水速率及回水量,进一步提高回灌率。本文通过对多级回灌型填砾抽灌同井的热贯通特性研究得出多级回灌可以增大回灌量,同时能减缓热贯通现象,对实际工程有一定的指导性,促进了地源热泵的发展,符合当今节能环保的大背景。