目前,浅层地热能利用是实现清洁供热的重要技术手段,其中地下蓄热已成为地能利用技术的重要方式。本研究以高温地下蓄能应用为背景,针对蓄热土体在换热过程中出现的回填干缩、板结和结构沉降等方面的问题,开展非饱和蓄热土体THM参数变化和耦合特性研究。基于实验研究和模型数值计算分析,认识高温蓄热过程中土体的温度、体积含水率和孔隙压力变化规律,探索THM参数的耦合作用机理,研究蓄热-取热过程中热湿迁移和和结构沉降特性,为浅层地能利用的高效和稳定运行研究奠定理论基础。自主搭建高温蓄热土体THM耦合作用实验台,研究连续蓄热与间歇蓄热工况下,土体温度、体积含水率和压力变化特征及关联特性,同时对比分析粒径度对蓄热过程热湿力参数变化的影响。结果表明,受温升影响,体积含水率在前期急剧增大,持续蓄热作用使孔隙水由热源持续向冷源迁移,同时在传热方向产生不平衡的孔隙压力;与连续蓄热模式相比,间歇蓄热更利于换热和保持含水率的均匀分布,并使土体内压力变化幅度减小;土体粒径度增大,会促进土体传热,会减弱热湿迁移作用,同时增大土体内部孔隙压力。基于热-孔隙水渗流和热-孔压耦合控制方程构建蓄热土体的THM耦合数值模型,结合所建立实验平台对模型进行验证。利用数值模型,研究跨季节蓄热-取热过程中,圆柱形土体在径向和轴向上的温度分布、含水率分布以及沉降或受力变化特性开展分析;研究反复跨季节蓄热-取热过程中,局部热湿堆积和变形积累特性;研究蓄热-取热过程中,井群内各个热源的互扰特性、热堆积和应力积累特性。结果表明,蓄热阶段土体温度升高,土体发生膨胀作用,孔隙水由土体顶端沿轴向加速迁移到底端;保温阶段土体温度重新分布,其孔隙压力和沉降量缓慢增加;取热阶段土体蓄热量逐渐减少,孔隙压力和沉降量迅速增大;停歇阶段孔隙压力和沉降量呈缓慢增大趋势;三年反复蓄热-取热过程中,停歇阶段结束时,土体温度较前一年均有所上升,原土升温速率比回填料更大;在经过一次蓄热-取热循环后,孔隙水呈现不可逆迁移现象;与原土相比,回填料的沉降量和孔隙压力变化更大;井群三年反复蓄热-取热过程中,热堆积现象主要发生在换热管周边土体,换热管周边土体压力随着循环次数增多而逐渐增大,应力也逐渐积累。