深基坑降水与地面沉降控制研究

目的探讨复杂巨厚松散沉积层以控制地面沉降为目标的最优化深基坑降水设计理论.方法以上海地铁四号线董家渡段隧道修复基坑降水为例,根据基坑降水过程中有效应力和孔隙水压力的转化关系,建立了深基坑降水三维渗流与地面沉降的耦合模型,并采用有限差分数值模拟方法,模拟了在多层含水层复合存在、含水层最深底板埋深达145 m、基坑周围挡水连续墙埋深达65 m,基坑中心下伏第Ⅰ承压含水层上部降压段水位降至埋深40 m时的地下水复杂流动状态及其地面沉降特征.结果得出了抽水井埋深达59 m、抽水井过滤器埋深为44至59 m,30口抽水井联合抽水的坑内优化降水方案.结论深基坑降水三维渗流与地面沉降耦合数值模拟用于复杂巨厚松散沉积层深基坑降水优化设计具有较高的可信度,此类地区采用坑内降水可有效控制基坑周围地面沉降的发生.     

悬挂式帷幕入土深度对涌水量影响及优化设计

为实现悬挂式帷幕条件下涌水量定量计算以及基于此的优化设计,根据地下水动力学原理,分析了悬挂式帷幕影响下形成的绕流和非绕流两个区的渗流特征;利用Dupuit假设和阻隔理论,在一定理论推导基础上,系统地提出了悬挂式帷幕条件下潜水和承压水涌水量计算的修正大井法,并根据实际应用需要提出了相应的近似表达式;然后,以潜水含水层为例,采用系统的数值试验分析了修正大井法中水位加权系数随悬挂式帷幕深度变化规律,同时也验证了修正大井法近似公式精度;最后对悬挂式帷幕优化设计进行了探讨,提出了优化模型和求解方法,并进行了相关数值案例的应用.     

水利枢纽工程基坑降水问题的有限元分析

基于不同水文地质层水流运动特征的差异，基坑降水具体采用什么方式要根据工程的实际情况。用有限元法结合英布鲁水电枢纽工程，对降水方案选择、基坑防渗帷幕、排水沟、排水井对基坑渗流场的影响进行了研究。     

地下降水对周围环境的影响分析

基坑工程中地下降水引起周围土体地下水位的变化和应力场的改变,致使周围土体发生不均匀沉降等严重后果。通过研究降低地下水位对周围地层移动影响机理,阐明地下降水与地面沉降两者相互影响,存在耦合效应。最后,根据比奥固结经典理论,建立较符合实际条件的地下水渗流场与应力场三维耦合数学模型。该模型较好地考虑了土体力学、土体水力学参数,真实地反映实际工程情况,故对工程实践具有参考作用。     

典型城市承压含水层区域性特性

为了避免基坑工程设计和施工中因没有处理好承压水影响而产生的基坑工程事故,研究承压含水层特性.以调查研究杭州钱塘江承压含水层特性为主,参考上海、武汉、北京、天津4个城市有关水文地质方面的研究材料,研究这5个城市的承压含水层特性.比较分析这5个城市的承压含水层埋深、厚度、水位、顶板厚度等特性,介绍各城市典型的工程实例、承压水处理方法及抽降承压水对地面沉降的影响.研究表明:杭州、上海两地潜水与承压水的越流效果不明显,可视条件选择全降水或隔渗帷幕结合减压降水;武汉地区承压含水层埋藏浅,上层承压水可以采用疏干的方法;北京、天津两地单层含水层和隔水层厚度较小,可以尝试自渗降水.     

基坑降水与周围地面沉降的耦合分析

首先讲述了基坑降水对周围环境影响的研究意义.在此基础上根据土体平衡微分方程、质量守恒定律、有效应力原理以及达西定律 [1-4]建立了渗流场与位移场的耦合数学模型.利用有限差分软件FLAC [5]对基坑降水环境效应的耦合性状进行分析.将有限差分耦合模型应用于秦皇岛市东港路改造工程基坑降水工程,最后将计算结果和现场实测数据进行对比,验证了渗流耦合模型在工程应用中的合理性和正确性,具有一定的理论意义和实用价值.     

南水北调中线典型渠段施工期降水措施研究

针对南水北调中线工程陶岔—沙河南段施工期地下水问题,选取典型断面建立渗流数值模型,计算分析有、无降水措施及不同计算条件下基坑的渗流场分布特征.研究结果表明,对于存在承压水的基坑工程,当基坑开挖深入地下水位以下且随着含水层顶板减薄,基坑底部易出现安全问题,应采取渗流调控措施;施工期补给边界、含水层厚度及其渗透性、降水井布置等因素对基坑降水效果的影响显著.     

地下水开采诱发地面沉降研究及其工程应用:以山东德州地区为例

地下水开采诱发的不良环境及地质问题日益凸显,其中地面沉降致灾问题已广受关注。华北平原山东区是若干地面沉降显著区之一,地下水开采是其主要诱发因素。针对地面沉降问题,以华北平原德州区为典型工程背景,采用水文地质工程地质与岩土力学相结合的方法,通过现场及室内试验,在获得研究区岩土力学参数的基础上,建立流固耦合数值模型,对研究区地面沉降的历史进行重演,对地面沉降的发展趋势进行预测。在获得研究区流场及地面沉降基本规律的基础上,提出减少地下水开采量,定期回灌地下水,调整开采井开采层位及开采井平面布局等工程措施进行地面沉降控制,并采用建立的数值模型从定量分析角度评价这些措施的效果。     

深基坑降水引起地面沉降的三维数值分析方法

为了预测降水引起深基坑周围地面沉降的程度,建立一种三维数值模型,该模型通过分析宁波地区承压含水层和软土地基,结合抽水试验数据,研究降水期间地下水位变化和地面沉降规律,通过实测值与计算值对比,发现该三维模型模拟实际施工效果较好。基坑降水时的行为预测为宁波地区深基坑施工提供了参考依据。     

基坑群深层承压水降水及地层沉降的数值模拟

目的研究软土地区基坑群施工遭遇深层承压水的问题,找出降水后的地层沉降规律.方法以上海市轨道交通换乘枢纽汉中路车站为工程背景,基于多层土地下水分布规律,利用岩土数值分析软件Geo Studio2007,对深层承压水降水的现场运行工况进行模拟.结果分析得出基坑群深层承压水降水后水位分布及其引起的地层沉降规律,并与现场实测数据进行了对比验证.结论承压含水层的上覆土层是否发生压缩变形,与含水层上部相邻土层的透水性密切相关;基坑围护结构对于地表沉降存在隔断作用,表现为围护结构两侧地表沉降值呈现突变;相邻基坑围护结构有利于地表沉降的收敛,一定程度上控制了地表沉降;基坑之间地表沉降呈现线性变化的特点.     

基坑降水引起地面沉降的分析

利用渗流的基本理论,分析了武汉软土地区的基坑降水工程,总结了不同围护结构及降水方案的地下水渗流特征,提出了按渗流特征计算坑外由于降水引起附加沉降的简单方法,并与一实际工程进行了对比。     

地下构筑物对地下水渗流的阻挡效应

针对地下构筑物改变了地下水渗流条件这一问题,建立三维有限元模型.该模型是地下水渗流与地面沉降计算的一体化模型,采用该模型分析地下构筑物对地下水渗流的阻挡效应.该方法在地下水渗流计算中考虑三维地下水渗流,在土体固结计算中采用基于Terzaghi固结理论的一维固结方法.结果表明,地下构筑物对地下水及地面沉降的影响程度与构筑物在含水层中的埋置深度及挡水宽度有关.地下构筑物的埋置深度越深,抽水侧水位降深及沉降量越大.构筑物对水流的阻挡宽度越大,对地表沉降的影响越大.     

基于示踪剂质量守恒的测流模型研究

地下水渗透流速是一个很重要的水文地质参数,示踪技术可较为准确地估算地下水渗透流速。针对前人计算公式受诸多条件限制或存在不足之处,根据示踪剂质量守恒原理重新建立了示踪稀释物理模型,利用微元法推导了含水层水平流速计算新公式,修正了广义稀释定理,讨论了新公式与传统公式的内在联系,给出了实测数据的处理方法。应用于工程实例,表明采用新公式能够得到更为丰富的含水层水平流速变化信息,并与地质条件相一致,计算结果更为可靠的。     

江苏沿江开发带地下水开采与 地面沉降三维数值模拟

根据江苏沿江开发带地下水系统的水文地质机制以及地面沉降机理,在概化出江苏沿江开发带的地下水 系统水文地质概念模型和地面沉降模型的基础上,建立了江苏沿江开发带地下水开采与地面沉降三维数值模 型。并针对各种开采方案下地面累积沉降量最少的原则,给出了各含水层的最优开采方案。     

地裂缝分类及地面沉降区构造地裂缝防治对策

地裂缝类型多样,灾害严重。根据主导因素及动力类型,将地裂缝分为构造地裂缝和非构造地裂缝两大类和16个类别; 基于地裂缝的工程地质特征、水文地质特征和活动特征,认为地面沉降区构造地裂缝发生超常活动的本质原因是地裂缝错断了含水层,在过量抽取地下水时地裂缝两侧形成明显的水头差,产生不均匀压缩,从而导致地表发生较大的差异沉降; 提出了采用定向钻井打通被错断含水层以实现地裂缝两侧水位自然平衡的地面沉降区构造地裂缝防控方法——通水调压控裂法(CABHP),该方法可以有效控制地面沉降区的构造地裂缝活动,避免大量土地资源浪费和灾害损失。     

渗流井合理竖井降深确定

通过采用单位面积河流在单位水头差作用下的渗漏量来表征河流渗漏能力,建立渗流井取水理想模型,分别计算了在不同河流渗漏能力和含水层渗透性能条件下,竖井降深对渗流井出水量的影响。建立渗流井取水非稳定流模型,计算了在前期稳定竖井降深不同条件下,河流断流后渗流井出水量衰减过程及竖井降深发展过程。提出渗流井合理竖井降深应根据河流与地下水是否脱节以及含水层渗透性能,在岸边渗流井中部及一侧各布设一个观测孔,根据观测孔水位进行确定。对于含水层渗透性能较强地区,渗流井竖井降深应使得渗流井范围内地下水位与河流脱节,但高于辐射孔顶面;对于含水层渗透性能较差地区,渗流井竖井降深应使得侧部观测孔水位接近河床底面或刚出现脱节。     

应用灰色关联分析法识别导致地面沉降的抽水层位

沿海大中城市普遍出现了严重的地面沉降问题,而过量开采地下水是造成地面沉降的主要原因.沿海地区的地下水一般赋存于由多个含水层和弱透水层相间构成的含水层系统中,各层地下水均有不同程度的开采.识别地面沉降究竟是由于抽取何层地下水所引起的,是防治地面沉降实践中迫切需要解决的技术问题之一.以天津市西青区的地面沉降为例,采用灰色系统中的关联度分析方法对地面沉降量分别与各含水层开采量、水位降深的关系进行了研究,并用相关分析法进行了检验.研究表明,地面沉降与第Ⅱ含水组地下水的开采关联度最小,而与第Ⅲ及以下各含水组地下水的开采关联度最大,停止或减少开采第Ⅲ及以下含水组地下水能够更有效地控制地面沉降.     

Mechanism and control of water seepage of vertical feeding borehole for solid materials in backfilling coal mining

To solve the problem of water seepage of vertical feeding borehole for solid materials, we established the fluid-solid coupling dynamic model of groundwater flowing in rock mass adjacent to the vertical feeding borehole. Combining with the engineering geological conditions, we built a numeral model to study the influence rule of the aquifer hydraulic pressure and seepage location of feeding borehole on the amount of seepage with finite element numerical method. The results show that the nonlinear relationship is presented among the amount of seepage, the seepage location and aquifer hydraulic pressure. The higher the aquifer hydraulic pressure is, the closer the distance between seepage location and aquifer is, and the faster the harmful levels of aquifer will grow. In practice, we calculated the allowable seepage of feeding borehole by the optimum moisture content and natural moisture content of backfilling materials, and then determined the protection zone of feeding borehole, so the moisture content of backfilling materials can be controlled within the scope of optimum moisture content.     

回灌技术在基坑工程中的应用研究

研究了潜水抽-注水井(群)耦合作用下浸润线的求解方法,利用势流理论和镜像原理,在假定含水层水平、土层渗透系数各向同性的条件下,推导了完整抽-注水井(群)耦合作用时浸润线的计算公式及非完整抽-注水井(群)耦合作用时浸润线的计算公式,还对潜水单个非完整抽水井及非完整抽-注水井(群)耦合作用时的解析解和数值解作了比较,结果表明两者吻合得较好.同时还给出了该理论用于回灌技术中求解抽水量和注水量的方法,对工程设计有实用价值.     

考虑气相堵塞的土样渗透试验分析

地面沉降是一种严重的地质灾害现象,对区域经济和社会生产都会造成严重影响。目前很多地区采取了回灌地下水等措施,以达到抑制区域地面沉降的目的。但是,由于回灌水水质与原有地下水存在差异,回灌水的含气量往往比原有地下水高许多,不可避免的会在土体孔隙中发生更明显的气相堵塞现象,从而削弱回灌效果。结合了常州代表性土样,通过曝气装置,采用含氧量作为分析指标,进行了渗透系数试验研究,分析气相堵塞现象对不同土体渗透系数的影响规律。研究表明气相堵塞随土粒粒径减小更加显著,细粒土样渗透系数均呈一阶负指数衰减规律变化,经历一定时间其渗透将趋于稳定。研究结果对于选择回灌水参数、深化理解地面沉降机理具有明显的现实性意义。