循环抽水越流承压含水层水位变化与变形分析

建立了越流承压含水层在循环抽水的地下水运动数学模型,用Heaviside函数性质及Laplace变换求解得该数学模型关于承压含水层水位变化的解析表达式,进而求得承压层压缩变形。通过数学软件Mahtematica对算例进行了计算和分析,结果表明:承压含水层水位恢复存在滞后性,阻越流系数B越小水位恢复的滞后性越小,并且抽水引起的承压含水层水位下降量也越小,因而引起的承压含水层弹性压缩变形也越小;承压含水层以幅值Q0的循环抽水对应的水位降-时间曲线围绕恒定抽水t1Q0/T曲线上下波动,并呈上升趋势;距抽水井越远处的水位受到抽水循环反复作用的影响越不明显,较远处循环抽水水位降深-时间曲线与t1Q0/T曲线重合。     

完整井定降深抽水非稳定流水位流量近似解

为分析无限承压含水层单完整井定降深抽水引起的非稳定井流问题,针对轴对称完整井非稳定流微分方程,将井径的影响考虑在模型的边界条件中,采用Boltzmann变换,推求得到在无限承压含水层中单完整井定降深抽水情况下,水位和流量的近似解。将近似解与已有的解析解进行对比,发现近似解与已有的解析解相对误差在15%以内,而且所得到的近似解在计算中更简便,更适合应用于工程实际。实际案例应用表明,所得到的水位和流量的近似解与实测数据拟合程度较高,验证了所推求近似解的适用性。     

未穿透覆盖层的自流井渗流模型与解析解

针对未打穿覆盖层的泉水井抽水引起下卧承压地下水渗流问题建立了数学模型,应用Laplace-Hankel变换及其逆变换求解得到定水头边界条件下承压层水头降的解析解。通过算例分析了承压含水层水头降发展和分布规律以及影响因素,结果表明:阻越流系数对承压含水层的水头降速率和幅度均有明显的影响,阻越流系数越小,承压水头下降的速率和幅度值都越小,且水头降越快达到最大值和稳定流状态;靠近承压含水层顶面水头降最大,随着深度增加而减小,距井越近水头降沿厚度分布越不均匀;承压含水层各向异性对抽水引起的水头降影响较大,K_r/K_v越小承压水头下降的速率和幅度均越大;承压含水层的宽度和厚度均对水头降有很大影响,宽度越大,水头降越明显,而厚度越大,水头降越小。     

径向双层各向异性的承压层井流模型及渗流分析

考虑了抽水井表皮层的非均质、各向异性和上覆弱透水层的越流作用,建立径向双层各向异性非稳定承压井流模型。对竖向空间变量采用有限差分法将三维渗流偏微分方程初边值问题转化为矩阵偏微分方程初边值问题。应用拉普拉斯变换和矩阵理论求得径向扰动层(表皮层)和非扰动层各自水头降的半解析解。应用所求解对表皮层径向渗透系数沿抽水井线性变化和随机变化两种情形进行实例计算和分析,结果表明,负表皮效应使承压含水层的水头降增幅变大,导致水头降曲线在径向交界处出现上折;而正表皮效应使承压含水层的水头降增幅变小,导致水头降曲线在径向交界处出现下折;某一层位处的承压含水层水头降,既受同水平层的表皮层渗透系数影响,又受到相邻上下层的表皮层渗透系数的影响。     

二元结构含水层悬挂式帷幕深基坑降水计算方法研究

帷幕结合基坑内降水的方案是深基坑工程中地下水控制的主要趋势,而至今业内对悬挂式帷幕降水条件下的设计尚无统一的计算方法。本文以汉口长江I级阶地某基坑工程为实例,基于二元结构含水层特点,提出了承压—无压条件下的修正大井法,并分别运用修正大井法、半封闭承压含水层非稳定流半解析法和数值模拟等方法,对不同帷幕深度条件下基坑涌水量和降深进行了计算,并开展对比分析。研究结果表明:承压—无压修正大井法较其它大井法更能刻画二元结构基坑降水帷幕的实际作用;半封闭承压含水层非稳定流半解析法在小程序辅助下,可实现水位降深的计算,且与数值解吻合度较高,可满足此类基坑降水设计的便捷计算需求。     

利用大口径井抽水初期试验数据确定含水层参数

在满足Theis假设的前提下,Theis公式是非稳定流抽水试验确定含水层参数的基本公式。而大口径开采井抽水初期的降深曲线是偏离Theis标准曲线的,此时要利用大口径井抽水初期试验数据求解含水层参数,可以采用Papadopulos-Cooper公式。针对Papadopulos-Cooper配线法求解过程中存在的主观性强、随意性大等弊端,一种基于Papadopulos-Cooper解析解的迭代近似解法被用于大口径井抽水试验计算。实例计算结果表明,该方法具有较高的求解精度,且解法实现简单,并在一定程度上解决了配线法求解含水层参数时的多解现象。     

天津站抽水试验分析

根据地质勘察报告,对天津站交通枢纽工程现场地下各含水层进行了大型抽水试验,以确定含水层类型和水文地质参数值,为基坑开挖和降水工程提供设计依据与研究基础.对抽水试验结果,应用经典井流理论拟合观测孔内水位降深,判明第一承压含水层属于Theis无越流补给型,第二承压含水层属于Huantush越流补给型,并得到了相应的水文地质参数值.由抽水试验分析结果判明天津站区域内潜水层--第一承压含水层不属于二元结构,初步掌握了弱透水层越流量占含水层释水量的相对比例与各含水层之间的水力联系状况.第三、四承压含水层水头低、埋藏深,属于天津第Ⅱ含水组深层地下水,对挖深30 m以内基坑基本无影响.     

柱坐标系下地下水非稳定流模拟的有限层法

在柱坐标系下,利用贝塞耳函数和基函数提出了满足地下水流动边界条件的降深试探函数;采用伽辽金法原理,推导了层状非均质各向异性越流承压含水层中地下水非稳定流的有限层方程,建立了地下水流动的有限层分析方法。在此基础上,编制了相应的计算程序实现了有限层方程的求解。经典算例的解析解与有限层解的对比分析验证了本文方法的正确性和有效性。     

定流量下潜水非完整井稳定流计算方法

针对现有潜水非完整井对于不同的管长和淹没状态下有着4种完全不同的理论计算公式,不能很好地解决实际工程中由于潜水位降深不断变化而引起的流量变化问题,将潜水含水层沿潜水位最大降深处分成上下两部分,采用积分变换方法,推导得到可适用于不同管长和淹没状态下的定流量潜水层非完整井的稳定流公式;然后在此基础上,采用Delphi结合Matlab自行开发一个计算程序,对潜水非完整井的井流特点进行分析;最后通过一个基坑降水算例说明了其应用于实际工程的有效性。研究结果表明：①推导得到的潜水非完整井公式可以退化为经典的潜水完整井裘布依公式,并在特殊情况下可得到近似解析解;②自行开发的计算程序可对不同条件下潜水非完整井的阻力系数和流量进行自动快速计算,为潜水非完整井的井流性状分析提供了便利的工具;③将推导出的潜水非完整井稳定流计算公式应用于有隔水围护结构且采用坑内降水方式的基坑工程是可行的。     

稳定流抽水试验求解越流参数的新方法

利用稳定流抽水试验资料求解越流补给条件下水文地质参数为涉及2个未知数的超越方程,常规的解析法无法直接获解。而目前工程上采用的图解法及试算法或是误差大,或是依赖图表、计算繁复。本文采用优化拟合方法,在工程适应参数范围内,用较为简单的函数实现了对由图表给出的越流补给条件下虚宗量零阶第二类修正贝塞尔函数的替代,并利用水位降深比值关系,经整理获得了可直接完成参数求解的计算式,计算过程简捷,不依赖图表,便于实际工程应用。     

承压含水层局部降压引起土体沉降机理及参数分析

在天津地区几个场地开展了承压含水层抽水试验,观测到承压含水层局部降压过程中其上覆土体出现“上小下大”的沉降规律,其下卧土体出现隆起现象。采用考虑降水井瞬态降水的三维流固耦合数值模型的分析进一步表明,承压含水层局部而不是大面积降压过程中其上覆弱透水土层在没有产生明显水位下降时,可产生“土拱效应”,土拱区内部土体出现附加拉应力,进而发生张拉变形;而承压含水层下卧土体的隆起则是由于下卧弱透水层中地下水向上渗流产生的渗流力所致。进一步地分析了不同竖向补给条件及不同场地条件的承压含水层长期局部降压过程中土体沉降规律,揭示了不同情况下承压含水层局部降压引起的土体最大沉降位置。不论承压含水层竖向补给条件如何,不论承压含水层短期降压还是长期降压,当上覆弱透水层的渗透系数在其特征范围内变化时,对承压含水层进行局部降压,其上土层中最大沉降位置均出现在有水位降深的土层顶板处。由于分层总和法不能考虑成层土中承压含水层局部降压时其上弱透水土层的空间效应,若基于单井或小范围群井抽水试验反演沉降经验系数,并采用分层总和法分析不同深度土层沉降时,将导致承压水局部降水引起的地表以下土体的沉降被低估。     

考虑承压含水层间越流的地下水回灌现场试验研究

当场地存在多层层间有一定水力联系的承压含水层时,基坑内降水可引发基坑止水帷幕墙底以下的承压含水层的水头下降,并相应引起坑外多个含水层水位降低,若对所有层进行回灌则将导致成本大幅提高,此时可对某一层回灌,通过越流对其他含水层进行水位补给。通过在天津地铁某车站基坑所在场地开展抽水试验、单井回灌试验、先抽后灌试验对基坑内外的水力联系、不同含水层间的水力联系和隔层回灌的效果进行了研究。结果表明,由于各含水层间之间有一定水力联系导致竖向越流补给较强,基坑内疏干降水可引起坑外承压含水层水头下降并引起坑外地层沉降。对基坑外第Ⅰ微承压含水层进行回灌可有效对其上部潜水层和下部第Ⅱ-1承压层的水头起到抬升作用,通过隔层回灌从而控制其水位下降导致的坑外沉降。对第Ⅰ承压含水层进行回灌对基坑外第Ⅱ-2承压层水位抬升也有一定的作用,但是尚不足以使其因基坑内降水引起的坑外水位下降值完全恢复,建议结合设置此层的备用回灌井以控制其水位下降。     

不等流量双井非稳定流抽水试验参数的确定

 基于叠加原理,对用于常规单井非稳定流抽水试验参数计算的配线法和直线图解法进行变换,并将其应用于不等流量双井同时非稳定流抽水且只有一个观测孔时含水层水文参数的确定。以上海西藏南路越江隧道浦东工作井的抽水试验为例,根据井点的实际布置,作特定的标准曲线。分别用变换后的配线法、直线图解法及数值法确定水文参数,对比分析3种方法反演参数的准确性及误差的主要来源。结果表明,由变换后的直线图解法求得的水文参数比较准确;如果观测井距离抽水井较近,实测水位降深曲线在抽水初期较陡,将影响配线法反演参数的准确性。     

考虑非均匀表皮效应的承压稳态井流差分解

鉴于现有的井流模型理论通常将竖井井周的表皮层视为各向同性、厚度竖向均匀分布,与工程实际不符合,其对承压层水头降和竖井产能的计算和分析产生较大误差,笔者考虑了井周表皮层非均匀分布、竖向越流作用和承压层各向异性,建立了相应的承压含水层地下水稳态井流模型,采用有限差分方法,将三维渗流偏微分方程转化为矩阵微分方程,通过矩阵理论求得承压层渗流数学模型的半解析解。应用数学软件编制程序,将得到问题解应用于实例分析,结果表明:承压层表皮层扰动区半径、渗透系数及其竖向分布形态对承压层水头降及竖井产能都有明显的影响。     

非均质地层抽水试验中渗透系数计算方法研究

渗透系数是评价地层渗透性和地下水水量的重要参数。以福州轨道交通2号线某车站的抽水试验为例,分析在非均质地层中的抽水试验中,按稳定流带不同观测孔的各公式和水位恢复法公式分别计算水文地质参数。结果表明,采用稳定流公式计算的渗透系数结果相对准确,采用水位恢复法的计算结果偏大。按稳定流计算渗透系数的结果对降深敏感程度的规律是:单孔主孔+1个观测孔主孔+2个观测孔,主孔观测孔。对含水层为非均质地层的沿海地区,按稳定流、单孔或带1个观测孔等相对"粗犷"的公式求得的水文地质参数更可靠,而按带2个观测孔的公式求得的水文地质参数容易出现异常。     

基于Neuman理论的神经网络优化确定水文地质参数

针对利用非稳定流抽水试验资料确定潜水含水层参数传统方法的不足,系统分析考虑垂直分量和弹性释水的Neuman潜水井流模型解析解的基础上,利用实码加速遗传算法(RAGA)和自适应BP神经网络模型相结合对Neuman潜水井流模型解析解进行优化求解,提出确定潜水含水层水文地质参数的Neuman-BP法。以计算实例表明,Neuman-BP法不需分抽水时间———降深过程的前、后段分别进行参数确定,避免了前、后段所求导水系数T的不一致,既充分利用了抽水试验数据,又获得了较高精度的参数,简化了参数确定过程。     

拐点半对数法计算水文地质参数

通过天津市某深基坑抽水试验实例,介绍了拐点半对数法在无界半承压含水层中完整井抽水试验计算渗透系数、导水系数、储水系数、越流系数等水文地质参数的具体运用,对今后同类深基坑工程的降水设计具有一定指导作用。     

武汉古河道承压水井流理论及在基坑降水中应用

在分析武汉市古河道特殊水文地质条件的基础上,建立古河道水文地质模型,将古河道承压水井流问题概化为带状承压含水层中地下水向抽水井的运动问题;然后结合镜像法原理,引入吉林斯基势函数,推导出古河道承压、承压-无压完整井稳定流解析表达式。基于此,将其应用于基坑降水工程中,提出适用于古河道承压含水层中基坑涌水量计算方法;最后以武汉梨园广场地下停车场深基坑工程为例进行计算分析,并将结果与传统方法计算结果和实际监测数据分别进行对比,结果显示所述计算方法所得结果与基坑实际涌水量相对误差仅为7.4%,而采用传统大井法相对误差达到54.5%,验证了所提出计算方法的合理性。研究结果对于认识古河道承压含水层地下水井流规律以及指导基坑降水设计具有重要意义。     

软土地区某深基坑工程降水试验研究

采用单井试验方法,通过抽一口井观测另一口井的水位降深以及水位恢复情况。分析数据,确定承压含水层的初始水位和水文地质参数、降压井单井出水量并检验降水效果,看是否能够满足设计最大降深的要求,从而为实际施工和设计提供科学准确的依据。     

减压降水诱发地表沉降规律及其预测方法

为合理预测减压降水引起的地表沉降量及其分布,实测了上海某深基坑工程群井抽水试验引起的观测井水头降深和地表沉降,分析了地表沉降的分布和变化规律,并引出场地的等效综合模量来建立承压含水层水位降深与相应地表点沉降之间的对应关系。将等效综合模量和渗流场的数值模拟相结合,提出了减压降水诱发地表沉降的预测方法。