红粘土是广西岩溶地区广泛分布的一类特殊土,因其独特的矿物组成和“二级”微孔隙结构,红粘土表现出复杂的传热特性,同时岩溶地下水渗流对其传热过程具有显著影响；由于目前对岩溶地区红粘土热湿迁移特性及其影响机制缺乏充分的认识,因此该地区的地热能利用和推广面临着重大挑战。本文围绕岩溶地区红粘土中的热湿迁移这一核心问题,重点研究红粘土的热物理特性、换热过程土体的热湿迁移、土层地质构造和气象波动对热交换的影响三个基本问题；通过室内热物性试验、一维热湿传递模型试验和地源热泵现场原位监测,较为全面地揭示了岩溶地区红粘土的热湿迁移效应,在此基础上,对制约地源热泵系统换热性能的各影响因素进行了模拟分析。具体来说,主要做了以下几个方面的研究工作：1.全面剖析了广西岩溶地貌特征和红粘土形成、分布特点,着重选择桂林、柳州、来宾、武鸣4种典型红粘土作为研究对象,通过现场采样、剖面特征描述、室内土工试验、微观实验等手段,对广西红粘土的地质成因与矿物组成进行深入分析；确定了精确计算广西红粘土矿物成分的定量分析方法,并采用该方法分析了4种红粘土的矿物成分及其含量,为揭示红粘土特殊的热物理性质、建立合理的热导率预测模型提供依据。2.分别对上述4种红粘土进行了热物理特性试验,结合土的地质成因、矿物成分及复合介质理论,揭示了红粘土热物理性质变化规律：当土体干密度保持不变,土体的热导率和容积比热容均随体积含水量的增加而增加,变化曲线存在临界值,含水量低于临界点,热导率增长率较大,反之则增长缓慢,该临界点在红粘土中与击实最优含水量对应,有别于一般的粘土,这与红粘土独特的地质成因有关；通过复合介质理论,对非饱和红粘土的热导率随三相体积分数的变化进行了模拟,确定了不同土-水作用机制下的合理模型。3.系统分析了土壤内热、湿迁移机理,通过改进水通量方程建立了土壤一维热湿传递理论模型；在此基础上,搭建了一维热湿传递试验台,通过模型试验和数值模拟研究温度梯度和湿度梯度共同影响下的土壤热湿迁移效应,有效地验证了土壤中水分迁移和热量传递的相互作用,进一步验证了所建立一维热湿传递理论模型的正确性。4.基于实际工程建立了地源热泵运行过程的岩土体原位观测站,实现地源热泵系统运行状况和换热过程中岩土体温度变化、水分迁移的实时监测,通过不同工况的地源热泵运行试验,揭示地源热泵运行过程中土体的热湿迁移效应及其对系统运行特性的影响规律：热泵机组间隙运行有利于土壤温度场的恢复,运停比减小,系统性能系数COP增加；土壤温度场的变化受地埋管的热交换和大气环境变化两个因素的影响,但各因素的影响范围及程度有所区别；土壤温度场的变化幅度随着与地埋管距离的增加而递减,竖埋管热作用的影响半径在2.0m左右,水平埋管热作用的影响半径在1.0m左右；地埋管热交换对土壤湿度场的影响不显著,但大气降雨引起的地表水入渗和地下水位的变迁对土壤湿度场变化的影响特别明显。5.根据能量平衡和质量守恒理论,建立了考虑热湿迁移影响的换热管数值模型,在此基础上对桂林岩溶地区土层进行了热交换模拟,分析了气象波动、土中渗流对地埋管换热效果的影响,揭示了岩溶地区季节性地下水变动影响下的土壤热交换规律：采用水平埋管换热器时,在1.0-2.0m埋深范围内,换热效果明显受到地表气象波动的影响,大气温度、蒸发、辐射是主要因素,根据实测气象资料计算,对于红粘土土层,降雨形成的浅层渗流对换热效果的提高在5.6%左右,通过开展不同设计埋深及埋管间距的换热效果分析,确定了桂林岩溶地区水平埋管布置方式的建议值：埋深为2.5m,埋管间距为2.0m；针对桂林地区的典型岩溶地层,当土层中渗流速度在0.01m/d～1.0m/d范围内变化时,竖埋管换热效果增强,随不同类型的土层最大可提高到2.69～3.69倍；根据地下水渗流对地埋管换热器热交换的影响特性,提出了合理的地埋管布置形式,为工程设计提供理论参考。