浅层地热是很重要的可再生能源,近年来受到越来越多重视。利用地下水源热泵开采浅层地热,因其能量密度较高、传导速度更快等优点,已成为我国浅层地热应用的最主要方式。然而,地下水源热泵受地层性质、构造、水文复杂性等以及渗流过程的影响,致使地热系统的稳定运行存在热失衡、回灌堵塞和抽水坍塌等工程难题。这些难题的解决在于分析以水-热相互作用为核心的多物理场耦合作用机制。因此,考虑多场耦合演化及颗粒运移影响建立渗流数值模拟模型,有助于进一步揭示地下水在循环过程中的运移机理,为水源热泵地热工程提供有价值的借鉴和参考。本文针对含水层热堆积、回灌堵塞及抽采亏空问题,运用理论分析和数值建模等方法,深入研究了孔隙率演化对热运移的作用机理以及出砂含水层中颗粒运移机制,获得以下主要成果:（1）推导了一个新的孔隙率演化模型,考虑不同运行期的多场耦合作用。综合考虑压力、温度、变形等对孔隙率演化的影响,推导了一个新的孔隙率演化方程,建立了热-流-固耦合分析模型,并数值模拟实际工程数据,验证了模型的可靠性。结果发现,制冷季的孔隙率演化影响可以忽略不计,而供暖季的孔隙率演化对系统效率有显著影响,将回灌井群布置于天然流场下游能提高系统的供暖及制冷能力。为确保系统不出现热失衡问题,应尽可能减少回灌井间的相互热影响,特别是天然流场方向的热影响。（2）进一步考虑颗粒沉积和侵蚀等多重运移作用,建立一个孔隙率演化水热耦合模型。综合考虑颗粒沉积、运移和侵蚀对含水层的修正作用,引入浓度场描述颗粒运移过程,构建了新的颗粒运移模型,并与文献中实验结果对比,检验模型的准确性。研究发现,回灌井中的悬浮颗粒来自于抽水过程中的含水层颗粒脱落;沉积作用会随着浓度以及渗流速度的下降而减弱。同时,沉积引起的孔隙率下降会削弱沉积作用。含水层的初始孔隙率及颗粒密度对延缓回灌堵塞的影响有限,但回灌颗粒浓度及流量则有着至关重要的影响。（3）回灌井形成的人工流场可能改变颗粒运移,导致不对称沉降。在抽水井侵蚀发生区外,只有沉积作用,并且由于渗流速度较低,沉积强度较弱,并不会在抽水井外围形成堵塞区。抽水流量对侵蚀发生区尺寸起主导作用,修正抽水井附近的孔隙率分布。受侵蚀影响,最大孔隙率并不一定出现在井壁处。当悬浮颗粒浓度达到4kg/m~3时,侵蚀和沉积作用几乎保持一致,孔隙率演化达成动态稳定。