吉林大学学报(地球科学版) ›› 2025, Vol. 55 ›› Issue (6): 2028-2037.doi: 10.13278/j.cnki.jjuese.20250243

• 地质工程与环境工程 • 上一篇    下一篇

温度条件影响下不同类型黏性土低速渗流特征

王福刚1,2, 郭坤逸1,2, 彭朝辉3, 杨义3, 李茚藤1,2, 贾俊4   

  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
    3.吉林省水文水资源局,长春130022
    4.吉林省产品质量监督检验院,长春130103
  • 出版日期:2025-11-26 发布日期:2025-12-30
  • 作者简介:王福刚(1975—),男,教授,博士生导师,主要从事地下水资源形成演化的理论和数值模拟方面的研究,E-mail:wangfugang@jlu.edu.cn
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目(42472320,42072280)

 Effects of Temperature on Low-Velocity Seepage Characteristics of Different Types of Clayey Soils

Wang Fugang1,2, Guo Kunyi1,2, Peng Zhaohui3, Yang Yi3, Li Yinteng1,2, Jia Jun4   

  1. 1. Key Laboratory of Groundwater Resources and Environment (Jilin University), Ministry of Education, Changchun 130021, China
    2. Jilin Provincial Key Laboratory of Water Resources Environment, Changchun 130021, China
    3. Bureau of Hydrology and Water Resources of Jilin Province, Changchun 130022, China
    4. Jilin Province Product Quality Supervision and Inspection Institute, Changchun 130103, China
  • Online:2025-11-26 Published:2025-12-30
  • Supported by:
    Supported by the National Natural Science Foundation of China (42472320, 42072280)

摘要: 在低水力梯度条件下,低渗透介质往往会出现低速渗流现象。探究低速渗流的机制对地下水环境保护研究至关重要。低渗多孔介质中流体流动受多种因素的共同影响。本文通过室内定水头渗透实验和核磁共振实验,系统研究了不同温度对不同类型黏性土低速渗流的影响规律与机理。结果表明:1)温度升高显著提升黏性土渗透系数,在5~30 ℃范围内,随温度升高,白浆土、黄土、淤泥质土稳定渗透系数分别提高了289.9%、210.4%、156.2%,同时临界水力梯度从10左右降至4左右;2)温度升高促进弱结合水向自由水转化,温度由5 ℃上升到30 ℃,白浆土、黄土、淤泥质土结合水质量分数分别降低23.1%、22.8%、25.6%,结合水质量分数减少可增大有效孔隙空间,降低流动阻力,进而提升渗透系数并降低临界水力梯度;3)温度对渗透系数的调控存在黏度-结合水耦合效应,但结合水对渗透性的影响占主导地位,在5~30 ℃区间,随温度升高,结合水对黏性土渗透系数的贡献率整体呈增加趋势,相同温度条件下,白浆土结合水对渗透系数的影响最大,黄土次之,淤泥质土最小。


关键词: 黏性土, 低速渗流, 温度, 核磁共振, 结合水

Abstract:  Under low hydraulic gradients, low-permeability media often exhibit low-velocity flow. Investigating the mechanisms of low-velocity seepage is crucial for groundwater environmental protection research. Fluid flow in low-permeability porous media is influenced by a combination of multiple factors. This study systematically investigates the effects and mechanisms of low-velocity seepage in different types of cohesive soils at varying temperatures through laboratory constant-head permeability tests and nuclear magnetic resonance (NMR) experiments. The results indicate: 1) Temperature elevation significantly enhances the hydraulic conductivity of clayey soils. Within the 5-30 ℃ range, increasing temperature raised the hydraulic conductivity of white clay, loess, and silty clay by 289.9%, 210.4%, and 156.2%, respectively, while simultaneously decreasing the critical hydraulic gradient from approximately 10 to around 4. 2) Temperature elevation promotes the conversion of weakly bound water to free water. When temperature increased from 5 ℃ to 30 ℃, the bound water mass fraction of white clay, loess, and silty clay decreased by 23.1%, 22.8%, and 25.6%, respectively. Reduced bound water mass fraction increases effective pore space and lowers flow resistance, thereby enhancing hydraulic conductivity and decreasing the critical hydraulic gradient. 3) Temperature regulation of permeability coefficients exhibits a viscosity-bound water coupling effect, but bound water dominates permeability influence. Within the 5-30 ℃range, the contribution of bound water to hydraulic conductivity coefficients in cohesive soils increases with rising temperature. At constant temperatures, white clay soil exhibits the strongest influence of bound water on hydraulic conductivity, followed by loess, with silty clay showing the weakest effect.


Key words: clay soil, low-velocity non-darcy flow, temperature, nuclear magnetic resonance, bound water 

中图分类号: 

  • P641.2
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