坡体渗流与气温变化相关性分析.docx

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1、坡体渗流与气温变化相关性分析 打开文本图片集 摘要：基于多相流及多场耦合理论，采纳有限单元法计算了三峡库区木鱼包滑坡体温度随气温改变状况，进而依据温度与水体黏滞性的相关关系分析气温改变对坡体渗流的影响。计算表明，坡内温度受气温影响仅限于坡体浅层区域，距地表深度越深，影响程度越小，在时间上的滞后性越大。温度改变可变更水的黏滞性，进而引起土体渗透参数的变更，计算表明因气温改变引起的坡体渗透性变更较为显著。坡体渗透系数受气温改变的影响随深度呈非线性分布，距地表越深受气温改变的影响越弱，通常大于雨水最大入渗深度以后，坡体渗透系数不再发生显著改变。另外，坡体渗透系数随气温呈现季节性改变规律，夏季气温高于

2、坡内土体温度，渗透系数随深度的增加而减小；冬季坡体内温度高于气温，渗透系数随深度的增加而增加。 关键词：气温；渗透系数；坡体渗流；多相流；季节性 中图分类号：TV223.4 文献标识码：A 文章编号：1673-168303-0158-06 Abstract：Based on the multi-phase flow & multi-field coupling theory，this paper adopted the finite element method to calculate the temperature distribution of Muyubao landslide as

3、the atmospheric temperature changes.Further，it analyzed the influence of atmospheric temperature changes on the slope seepage according to the correlation between temperature and viscosity of water.The results of calculation showed that the effect of atmospheric temperature on temperature of the slo

4、pe body is limited to the shallow surface；as the depth increases，the influence decreases and the hysteresis increases concurrently.The mobility of the water is affected by the change of the slope bodys temperature and it can change the water permeability in the inner slope.The effect of atmospheric

5、temperature on permeability coefficient of the slope has a nonlinear relationship with depth.The effect of atmospheric temperature on the permeability coefficient declines as the depth increases.Generally，the permeability coefficient of the slope no longer change significantly when the depth is deep

6、er than the maximum depth of infiltration.The permeability coefficient of the slope shows seasonal variation with the atmospheric temperature.The permeability coefficient decreases with the increase of depth when the atmospheric temperature is higher than the soil in summer.In contrast，the permeabil

7、ity coefficient increases with the increase of depth in winter. Key words：air temperature；permeability coefficient；slope seepage；multiphase flow；seasonal 坡体渗流通常属于非饱和渗流的范畴，涉及到土、水、气组成的多相物质的耦合作用1。坡体渗流通常与坡内水体渗透性、坡体初始含水率、渗透边界等诸多因素有关2-3，其中水体渗透性是影响坡体渗流的关键因素之一。水在土体中的渗透性主要受水的黏滞性、相对饱和度以及土体本征渗透性的影响4，而气温改变对土体本征

8、渗透性以及相对饱和度的影响较小，因此气温改变主要通过变更水的黏滞性来影响坡内水体渗透性。在坡体温度场方面，很多学者做了大量探讨并取得了丰硕的成果2，5-10。然而，较多探讨者在计算坡体温度场时仅考虑了热量在土体中的传导，未考虑水、热耦合的热传输作用，导致坡体温度场计算结果不精确11-12。此外，部分探讨者未能基于气温引起的坡体温度变更结果进一步计算其对坡内水体渗透性的影响13-14，常因温度改变不显著而得出气温改变对坡体渗流无影响的结论。本文基于多相流及多场耦合的理论和方法，完整地考虑了热传导、热传输及水热耦合效应，精确模拟坡体温度场分布，定量分析气温改变对坡内水体渗透性的影响。 1 計算模型 1.1 水、气、热传输限制微分方程 依据连续介质力学的基本理论及方法，将土体视为是由气、液、固三相介质组成的连续体，其内部水、气、热的传输在数学上可表述为基于时间和空间的偏微分方程描述。水在土体中的流淌主要源于水压力梯度驱动，并受土体孔隙率、土体含水量以及水的黏滞性等因素影响，基于液态水的质量守恒可导出土体内水流淌的限制微分方程14： 第4页 共4页第 4 页 共 4 页第 4 页 共 4 页第 4 页 共 4 页第 4 页 共 4 页第 4 页 共 4 页第 4 页 共 4 页第 4 页 共 4 页第 4 页 共 4 页第 4 页 共 4 页第 4 页 共 4 页