地下水压对岩质场地变形特性的影响

在基坑开挖过程中,地下水位不断变化。巨大水头差会导致开挖区周边地下水流动,对基坑周围的建筑物稳定性影响较大。结合多孔介质与孔隙流体理论,建立了场地变形有限元模型。将地层设置为多孔介质材料,分析地下水压对场地变形的影响。研究表明,地下水压对场地变形的影响不能忽略,随着地下水压增加,场地位移、应力和地下水流速也变大。     

典型砂介质含水层渗透系数盐度效应研究

渗透系数是计算含水层出水量、水库渗透量,以及溶质迁移规律研究等不可或缺的重要水文地质参数。为探究地下水盐度变化大地区渗透系数的盐度效应,以粗、中、细3种典型砂介质为研究对象,配制不同盐度的NaCl溶液,采用室内常水头试验,定量分析了盐度变化对砂介质渗透系数的影响。结果表明:(1)地下水盐度小于10 g/L时,盐度变化不会引起砂介质渗透系数明显改变;盐度大于10 g/L时,渗透系数随着盐度的增大而减小。(2)盐度变化引起地下水运动黏度变化是砂介质渗透系数产生盐度效应的原因。(3)对于不同粒径的砂介质,粗砂介质渗透系数的盐度效应最明显,中砂次之,细砂最小。     

新书简介

陈崇希主编《地下水动力学》（2011年,地质出版社）本版《地下水动力学》是对1999年版的修订补充。内容包括渗流理论基础（含裂隙介质渗透系数张量的计算,与含水层弹性变形有关的某些水文地质现象,等）;Dupu＂it圆岛稳定井流模型＂及地下水可持续开采量的评价准则;     

非饱和区对地下水埋藏很深井孔入渗的影响

地下水面之上井孔入渗时,在井孔附近形成了饱和区和非饱和区。在透水性能较小的多孔介质中,非饱和区的范围和影响很大。不考虑非饱和区对井孔入渗的影响,不考虑非饱和区对反求土体渗透系数的影响,将会给某些情况带来很大误差,特别是对于地下水埋藏很深的情况。本文将首先考察非饱和区对地下水埋藏很深井孔入渗的影响,应用一种饱和-非饱和区数值计算方法——有限差分积分法,进行井孔入渗计算,应用A.T.Corey的非饱和区渗透理论对计算成果进行分析,归纳总结出从野外试验资料反推土体饱和渗透系数的经验公式。其计算结果与数值计算结果有很好的一致性。     

基于冲击试验的岩土体渗透系数计算

岩土介质的渗透系数是研究地下水规律的重要水文地质参数。冲击试验是比较传统的测试技术,是一种快速测定含水层岩土体渗透系数的方法,其操作简便、试验时间短,并且对周边环境及地下水影响甚微,具有广泛的应用前景。利用H.Bouwer和R.C.Rice(1976年)所建的经典模型对现场测试数据计算分析,并将计算结果与传统抽水试验结果进行对比,相差不大,说明冲击试验可以用来测定岩土介质的渗透系数。     

变形介质油藏中的不稳定渗流

大量实验表明:当油藏生产原油时,随着地层中流体压力的降低,油层的孔隙度和渗透率下降,特别是在异常高压油藏中尤为显著。数据表明多孔介质的孔隙度和渗透率随压降的变化规律是指数关系,而实际的油藏介质变形是弹塑性的,即变形在流体压力恢复后,变形不可能完全恢复,因此在开发前期一定要注意保持一定的地层压力。从流体和多孔介质的本构方程出发,建立液体在变形介质油藏中渗流的微分方程。用解析的方法得到了变形介质中的定常流动的精确解;并用数值模拟的方法,研究了无限大油藏、封闭油藏和边水油藏中的不稳定压力,绘制了相应的井底压力曲线。最后分析了封闭变形介质油藏中,定压生产时,油井的产量变化。研究表明:在异常高压的油藏中,必须考虑由介质变形引起的孔隙度和渗透率的影响。     

湖区地层垂向渗透系数概率分布特征分析

为了确定某湖区湖水与地下水的交换水量,根据湖底地层渗透系数的野外现场测定值,用适线法和蒙特卡罗法对研究区地层垂向渗透系数的概率分布进行拟合,在此基础上,分析了渗透系数试验测定值的可靠性.结果表明:与正态分布和均匀分布相比较,湖底地层垂向渗透系数概率分布较接近对数正态分布;渗透系数超过测定均值的概率在30%以上.     

污染场地渗透系数非均质性表征研究

介绍了分区赋值、克里格和序贯高斯随机模拟3种表征渗透系数非均质性方法的原理,对比了不同方法对结果的影响。以某污染场地为例,综合考虑地层、数据采集方法和非均质性表征方法设计了5种方案,研究不同方案对地下水溶质运移模型的影响,探讨了不同表征方法的优缺点及差异性。研究结果表明:序贯高斯模拟法所得的空间分布结果,能反映出存在于局部区域边缘的渗透系数的突变,克服了另外两种方法的局限性。分层序贯高斯随机模拟法能够体现出较为连续的渗透带的分布范围及场地内部渗透性发生变化的位置,较其他几个方案的结果准确性较高。应用分层赋值法能够最大程度地表征污染羽的范围;应用分层随机模拟法能够较为全面地描述出污染羽分布的浓度变化差异。在进行污染场地溶质迁移模拟时,应综合考虑地层岩性、数据采集方法和非均质性的表征方法来描述渗透系数的空间分布。     

地下水污染曝气修复过程的介质效应

采用土柱试验模拟水污染与水修复的环境,系统地研究了不同介质对原位曝气技术去除地下水中柴油污染的影响。结果表明:大量水相中的柴油在曝气的开始阶段被去除,越接近空气输入位置污染物去除效果越好,同时粗沙介质中污染物去除的最终效果最好;介质的渗透系数与去除效率有直接关系,渗透系数越大,污染物的去除效率越高,渗透系数越小,污染物的去除效果越差,越易产生拖尾现象。     

弹性多孔介质中一维孔隙压力的生成

考虑到弹性多孔介质的渗透系数依赖于孔隙改变的特点，给出渗流耦合问题的基本方程；用初始层校正法求出了一维孔隙压力生成的摄动解；实例计算表明渗流的非线性对孔隙压力分布模式有明显影响。最后介绍了测量孔隙压力生成过程中流出试佯的非稳定流量，确定弹性多孔介质渗透系数的方法，测试时间大大小于传统的稳定渗流方法。     

岩溶地区弥散系数研究

弥散系数是多孔介质对某种污染物质弥散能力的参数,在宏观上反映多孔介质中地下水流动过程和空隙结构特征对溶质运移过程的影响。碳酸盐岩地区存在岩溶发育分布不均匀的特性,决定了岩溶场地的弥散系数在空间上具有不均匀性。笔者藉火电厂贮灰场工程实例的弥散试验,通过监测钻孔的示踪剂离子浓度数据,反算各方向上的有效孔隙,获得了强岩溶发育区不同岩溶发育方向的纵向横向弥散系数特征。     

对荷载作用下一维渗流规律的新认识

按照Biot建立三维固结方程的基本思路,考虑到介质的渗透系数不是常量,而是孔隙率的函数,建立起多孔介质流固耦合渗流的基本方程对一维稳定渗流时的数学模型进行理论解答,探讨分析了耦合作用下多孔介质内流体压力的分布规律;对耦合作用下流体在多孔介质内的渗流规律提出了一点新的认识。     

不同垃圾场地类型地下水污染风险评价

通过对垃圾场地本身存在的内在风险、垃圾场地所处位置的地下水防污性能、垃圾场地与水源保护区间的关系分析,对垃圾场地地下水污染风险进行评价。垃圾场地内在风险采用灰色聚类法进行评价,垃圾场地地下水固有防污性能采用DRASTIC模型进行评价。对北京两不同垃圾场地类型地下水污染风险评价结果表明,位于冲洪积扇上部,以沙砾石为主的粗颗粒地层,地下水防污性能较差,地下水的污染风险高,不适宜做垃圾场地;位于冲洪积扇下部,以黏性土层为主的细颗粒地层,地下水防污性能相对较好,位于水源保护区外的地区,污染风险相对较低,较适合做垃圾场地。     

基于多孔介质土体分形特征的渗透系数研究

堤坝工程渗流计算中确定土体渗透系数尤为重要。利用分形维数不同尺度域,分析渗透破坏试验土样无标度区,指出土体细颗粒含量是决定土体分形维数的主要因素。基于多孔介质毛管束模型,推导了渗透系数和孔隙率与分形维数之间分形关系解析式,阐释了多孔介质土体渗透系数影响因子包括分形系数、孔径大小、分形维数及流体黏滞系数。利用土体渗透破坏试验结果,进一步论证了渗透系数和孔隙率与分形维数之间的非线性关系。结果表明:当分形维数大于2.83时,孔隙率随着分形维数的增大而减小,但在颗粒吸着水和薄膜水形成的黏聚力影响下,渗透系数随着分形维数增大而减小的规律不明显。研究结果可为渗透破坏形成机制及发展过程分析提供理论依据,减少堤坝渗透破坏致灾隐患。     

大沽河含水层抽水试验设计与分析

为正确评价大沽河水源地的地下水资源量,更好地开发利用地下水,在大沽河流域中游地区设计并实施砾砂含水层稳定流完整井多孔抽水试验工作,通过抽水试验取得含水层成分和监测数据,计算试验区的水文地质参数,包括渗透系数和影响半径,并通过试验区基本情况分析探求监测数据差异的原因,同时筛选出有效的渗透系数和影响半径,为计算大沽河水源的水资源量提供重要依据。     

考虑渗流影响的基坑变形规律与稳定性研究

以湖南常德沅江隧道明挖基坑工程为依托,基于流固耦合数值模拟方法研究土体渗透系数对基坑变形与稳定性的影响规律。结果表明:基坑在考虑渗流作用的数值计算结果与实际的监测变形值基本吻合,随着强渗透地层渗透系数的增大,基坑变形呈增大趋势,基坑底板安全系数呈十分明显的下降趋势,且渗透系数的改变对基坑底板隆起的影响较大,对墙后地表沉降和地连墙水平位移的影响较小;进一步对比分析了考虑与不考虑渗流作用的基坑底板安全系数变化规律,在此基础上建立了考虑渗流作用的安全系数经验公式。     

第二松花江流域平原区浅层地下水脆弱性时变特征分析

以第二松花江流域平原区为研究区,选择了地下水埋深、净补给量、含水层介质、土壤介质、地形坡度、包气带影响、渗透系数7个指标,运用DRASTIC评价方法对浅层地下水脆弱性进行了评价,进一步分析了地下水脆弱性评价结果的影响因素。结果表明:(1)地下水脆弱性分区在整体上具有空间分带特征性,并与地貌分区具有良好的一致性,其中河谷平原区由于地下水埋藏较浅,地下水脆弱性较高,污染风险大;(2)受地下水位变动以及净补给量的影响,具体地段的地下水脆弱性等级也具有较为明显的年际与年内变化特征,但整体区域上的地下水脆弱性的相对级别仍受地貌格局的控制。在开展区域地下水脆弱性评价时,应注意选择具有代表性的时段数据进行评价。     

南水北调中线北易水渠道倒虹吸施工降水技术

南水北调京石段S46标北易水渠道倒虹吸项目场区水文地质条件复杂,孔隙、裂隙及溶蚀含水层相互贯通,给施工带来困难。为了解决施工场地地下水对施工的影响,针对现场情况提出解决方案:①采用高压旋喷法建造地下连续墙截断地下水;②在第四系地层与基岩接触部位帷幕灌浆;③布设降水井抽排地下水。采取上述措施后,较好地解决了施工场地的地下水问题。     

考虑裂隙的几何-力学特性的双重孔隙介质水—应力耦合模型及其有限元分析

建立了一种双重孔隙介质水—应力耦合模型,其特点是可考虑裂隙的组数、间距、方向、连通率、开度、刚度及应力水平对介质的弹性模量、孔隙率及渗透系数的影响,并研制出相应的二维有限元程序。以模拟饱和的双重孔隙岩体在外荷载作用下产生沉降为算例,针对岩体的孔隙率与渗透系数分别是常数及按照本文中所述规律变化的两种工况,考察了了岩体中的变形、孔隙水压力与及裂隙水压力及流速、主应力等的分布与变化。结果表明：将岩体的孔隙率与渗透系数作为是应力的函数以及是常量的两种方法相比,二者对岩体的变形及应力的影响不大,但前者对孔隙水压力、裂隙水压力及流速的影响强烈。     

考虑裂隙的几何-力学特性的双重孔隙介质水-应力耦合模型及其有限元分析

建立了一种双重孔隙介质水-应力耦合模型,其特点是可考虑裂隙的组数、间距、方向、连通率、开度、刚度及应力水平对介质的弹性模量、孔隙率及渗透系数的影响,并研制出相应的二维有限元程序.以模拟饱和的双重孔隙岩体在外荷载作用下产生沉降为算例,针对岩体的孔隙率与渗透系数分别是常数及按照本文中所述规律变化的两种工况,考察了不同岩体中的变形、孔隙水压力与裂隙水压力及流速、主应力等的分布与变化.结果表明:将岩体的孔隙率与渗透系数作为应力的函数,与将其作为常量的方法相比,二者对岩体的变形及应力的影响不大,但前者对孔隙水压力、裂隙水压力及流速的影响强烈.