吉林大学学报(地球科学版) ›› 2023, Vol. 53 ›› Issue (6): 1835-1844.doi: 10.13278/j.cnki.jjuese.20230267

• 地质工程与环境工程 • 上一篇    下一篇

热变形对饱和黏性土渗透系数的影响

王福刚1,2, 杨国华1,2, 程辉1,2, 管小桐1,2, 袁益龙1,2   

  1. 1.地下水资源和环境教育部重点实验室（吉林大学），长春130021
    2.吉林省水资源与水环境重点实验室，长春130021
  • 出版日期:2023-11-26 发布日期:2023-12-13
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目（42072280，41172205）

 Influence of Thermal Deformation on Hydraulic Conductivity of Saturated Clayey Soil

Wang Fugang 1,2, Yang Guohua1,2, Cheng Hui1,2, Guan Xiaotong1,2, Yuan Yilong1,2   

  1. 1. Key Laboratory of Groundwater Resources and Environment (Jilin University), Ministry of Education, Changchun 130021, China
    2. Jilin Province Key Laboratory of Water Resource and Water Environment,Changchun 130021, China
  • Online:2023-11-26 Published:2023-12-13
  • Supported by:
    the National Natural Science Foundation of China (42072280，41172205)

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摘要： 为了探究5~30 ℃温度变化对黏性土渗透性影响机理，同时考虑温度变化诱导的流体性质和土体变形对渗透系数的影响，提高模型的应用范围和精度，本文先采用室内实验和理论模型相结合的方法对该问题进行了研究，然后基于变温渗流实验数据，构建了土体应变与介质孔隙比的关系式，最后对Kozeny-Carman模型的修正模型（REN模型）进行了进一步修正。结果表明：在地下水常见的5~30 ℃温度区间，温度变化引起土体变形对黏性土渗透系数的影响显著，仅考虑流体黏度随温度变化而忽略黏性土形变影响的渗透系数计算误差最大可达40%；修正后的模型与现有渗透系数模型相比具有更好的性能；通过修正后的渗透系数模型分析，发现温度在5~20 ℃区间时，渗透系数变化的主控因素是流体黏度，此温度区间介质形变对渗透系数影响较小，影响程度低于10%；当温度在20~30 ℃区间时，温度引起介质形变诱导的渗透系数变化贡献率增大，对渗透系数影响最大超过40%。

关键词: 渗透系数, 饱和黏性土, 温度, 形变, 孔隙比, Kozeny-Carman模型, REN模型

Abstract:  In order to explore the mechanism of the effect of temperature changes on the permeability of clayey soil at 5-30 ℃, while considering the fluid properties induced by temperature changes and the influence of soil deformation on the hydraulic conductivity, and improve the application range and accuracy of the model, in this paper combination of laboratory experiments and theoretical models were used to study. Then, based on the experimental data of variable temperature seepage, a relationship equation between soil strain and medium void ratio was constructed. Finally, further modifications were made to the modified model of the Kozeny Carman model (REN model). The results show that in the common temperature range of 5-30 ℃ in groundwater, the deformation of soil caused by temperature changes has a significant impact on the hydraulic conductivity of clayey soil. The maximum calculation error of hydraulic conductivity can reach 40% under considering only the variation of fluid viscosity with temperature and ignoring the effect of clayey soil deformation. The modified model has better performance compared to existing hydraulic conductivity models. Through the analysis of the modified hydraulic conductivity model, it was found that the main controlling factor for the change in hydraulic conductivity is fluid viscosity when the temperature is in the range of 5-20 ℃, and has a small impact on the hydraulic conductivity with a degree of less than 10%. When the temperature is in the range of 20-30 ℃, the contribution rate of hydraulic conductivity induced by soil deoformation caused by temperature increase, and an maximum impact on the hydraulic conductivity exceeding 40%.

Key words:  , hydraulic conductivity, saturated clayey soil, temperature, deformation, void ratio, Kozeny-Carman model, REN model

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[1] 张 军, 张 泽, 郭 磊, 谢春磊, 金豆豆, 翟金榜. 不同施工季节对多年冻土区锥柱式基础地温回冻影响[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2023, 53(2): 502-.
[2] 闫佰忠, 徐文杰, 李玉涵, 孙剑, 毕攀, 李瑶, 张旭. 地下水源热泵抽灌井优化布置及参数灵敏度[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2023, 53(1): 218-229.
[3] 孟世豪, 崔亚莉, 田芳, 罗勇, 石鸿蕾. 基于MODFLOW-SUB建立变渗透系数的地下水流-地面沉降模型[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2022, 52(2): 550-559.
[4] 贾会会, 张海清, 李克达, 张小朋. 融合分布式散射体时序InSAR技术在矿区形变调查中的应用[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2022, 52(1): 202-.
[5] 董娟, 李成禄. 大兴安岭永新金矿床黄铁矿热电性特征及其指示意义[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2021, 51(1): 95-106.
[6] 单玄龙, 蔡壮, 郝国丽, 邹欣彤, 赵容生. 地球化学温标估算长白山地热系统热储温度[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2019, 49(3): 662-672.
[7] 董林垚, 任洪玉, 雷俊山, 刘纪根. 地表暖化影响下温度示踪地下水流速方法[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2019, 49(3): 773-783.
[8] 何俊, 王小琦, 颜兴, 万娟, 朱志政. 溶液和温度作用下膨润土防水毯的渗透性能[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2019, 49(3): 807-816.
[9] 张波, 曹洪恺, 孙建孟, 张鹏云, 闫伟超. 稠油热采地层阵列感应测井响应特性数值模拟[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2018, 48(4): 1277-1286.
[10] 李长雨, 马桂霞, 郝光, 徐亮. 季节冻土地区路基冷阻层温度场效应[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2018, 48(4): 1174-1181.
[11] 李光, 渠晓东, 黄玲, 方广有. 基于磁偶极子的频率域电磁系统几何误差分析[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2017, 47(4): 1255-1267.
[12] 袁利娟, 杨峰田. 北京迭断陷内蓟县系热储层温度分布特征[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2017, 47(1): 179-188.
[13] 张延军, 张通, 殷仁朝, 郑杰, 刘彤, 谢洋洋. 基于2 m测温法的地热异常区探测及地温预测[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2017, 47(1): 189-196.
[14] 刘国庆, 吴时强, 范子武, 周志芳, 谢忱, 乌景秀, 柳杨. 回灌与回扬物理过程的解析推导及灌压变化规律[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2016, 46(6): 1799-1807.
[15] 毛毳, 陈勇, 周瑶琪, 葛云锦, 王有智, 周振柱. 改进后的烃类流体包裹体热力学模拟方法及其在油气成藏研究中的应用[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2015, 45(5): 1352-1364.
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[1] 付 哲，周云轩，刘殿伟，刘万崧. 基于特征的面向对象虚拟GIS数据模型设计与原型系统实现[J]. J4, 2006, 36(04): 647 -652 .
[2] 周丽萍, 申向东, 李学斌, 白忠强. 天然浮石粉水泥土力学性质的试验研究[J]. J4, 2009, 39(3): 492 -497 .
[3] 滕吉文, 刘财, 韩立国, 阮小敏, 闫雅芬, 张永谦. 汶川—映秀MS8.0地震的介质破裂与深部物质运移的动力机制[J]. J4, 2009, 39(4): 559 -583 .
[4] 孙才志,刘玉兰,杨 俊. 下辽河平原地下水生态水位与可持续开发调控研究[J]. J4, 2007, 37(2): 249 -254 .
[5] 兰凯, 熊友明, 闫光庆, 刘明国, 刘匡晓. 川东北水平井储层井壁稳定性及其对完井方式的影响[J]. J4, 2011, 41(4): 1233 -1238 .
[6] 刘国兴|韩凯|韩江涛. 华南东南沿海地区岩石圈电性结构[J]. J4, 2012, 42(2): 536 -544 .
[7] 潘殿琦,张祖培,潘殿彩,陈义民,徐 瑞. 人工冻土纵波波速与温度和含水率的关系[J]. J4, 2006, 36(04): 588 -591 .
[8] 卢焱，李健，白雪山，李永占. 地面磁法在隐伏铁矿勘查中的应用--以河北滦平Ⅱ号铁矿为例[J]. J4, 2008, 38(4): 698 -0702 .
[9] 林学钰, 张文静, 何海洋, 石旭飞, 王寒梅, 焦珣. 人工回灌对地下水水质影响的室内模拟实验[J]. J4, 2012, 42(5): 1404 -1409 .
[10] 卢进才，李玉宏，魏仙样，魏建设. 鄂尔多斯盆地三叠系延长组长7油层组油页岩沉积环境与资源潜力研究[J]. J4, 2006, 36(6): 928 -0932 .
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