一种长期观测资料确定弱透水层参数的方法

弱透水层是含水层系统的重要组成部分,要准确计算弱透水层释水量和变形量需事先确定弱透水层的渗透系数和贮水率值。基于一维含水层系统概念模型,在相邻含水层降深随时间线性增大的边界条件下,推得了无量纲形式的弱透水层降深解析解,分析了弱透水层中滞后降深消散规律。根据水量均衡方程得到了弱透水层累计压缩变形量随时间变化的标准曲线,并提出了一种配线法用以确定弱透水层的渗透系数和贮水率,该配线法能够反映弱透水层释水变形过程的滞后性。以上海含水层系统为例,运用配线法确定了f_(10-7)分层标处第2弱透水层的渗透系数为4.26×10~(-10)m/s,贮水率为2.22×10~(-4)m~(-1)。对于具有长序列变形和水位观测资料的含水层系统,该方法具有一定的适用性。     

一种确定超固结弱透水层水力参数的方法

弱透水层是含水层系统的重要组成部分。弱透水层的渗透系数K_v和弹性贮水率值S_(ske)对研究地面沉降及地下水资源评价具有重要的意义。在相邻含水层降深随时间周期性波动的条件下,推得了超固结弱透水层中无量纲形式的降深解析解,并基于该解析解进一步得到了超固结弱透水层累计变形量随时间变化的理论曲线。由于弱透水层的低渗透性,其变形总是滞后于相邻含水层的降深变化。根据弱透水层变形的滞后时间与含水层降深波动半周期的关系,提出了一种用以确定超固结弱透水层垂向渗透系数和弹性贮水率的方法,该方法对于弹性变形的超固结土具有很好的适用性。使用该方法之前,首先要根据分层标和水位资料确定含水层降深的变化周期以及弱透水层变形的滞后时间。应用该方法确定了上海地区f_(10-7)分层标处第2弱透水层的水力参数为K_v=4.12×10~(-10)m/s,S_(ske)=1.07×10~(-4) m~(-1)。经实例计算结果具有一定的可靠性。     

深部弱透水层固结变形模型建议

地面沉降模型是地面沉降研究的重要内容,由于弱透水层的变形量占地层全部变形量的比重较大,因此对弱透水层固结模型的研究是地面沉降模型研究中的重要部分。笔者通过对深部弱透水层中粘性土孔隙水类型进行分析,得出深度弱透水层中孔隙水类型并对该类型孔隙水变形特性进行了研究,总结出深部弱透水层固结机理。在机理分析的基础上,提出采用非达西流计算模式对深部弱透水层计算模型进行了修正,并提出了深部弱透水层固结计算模型建议：孔隙水类型主要为扩散层内结合水时,可以采用利用非达西流修正的太沙基固结方程对深部弱透水层变形进行计算,可以参考给出的采用非达西定律修正过的一维固结方程 孔隙水类型主要为吸附结合水时,可以利用弹性本构关系模型对深部弱透水层进行变形计算。     

滨海多层含水层系统中海潮引起的地下水位波动

通过对一个滨海多层含水层系统的考察,该含水层系统由上、下弱透水层和介于中间的承压含水层组成,海底露头处被淤泥层覆盖.建立了描述该系统中地下水水头随潮汐波动的数学模型,并得到其解析解.该解析解与六个基本参数有关,分别是承压含水层的海潮传播参数,淤泥层的无量纲透水系数,上下弱透层与承压含水层贮水率的比率 (无量纲)和上下弱透层的无量纲越流.当这些参数取某些特殊值时,我们的解便化简为前人考虑的几种简单情形对应的解.分析表明,承压含水层中地下水水头波幅是上、下弱透水层贮水率和越流系数的减函数,是淤泥层相对透水系数的增函数;波动相位(时滞)是上、下弱透水层贮水率和越流系数的增函数,是淤泥层相对透水系数的减函数.     

一种实验确定弱透水层水文地质参数的原理与方法

弱透水层是含水层系统的重要组成部分,弱透水层的水文地质参数(如渗透系数、传导系数、贮水率)不仅对预测、评价和控制地面沉降有重要意义,而且对地下水资源开发、评价和计算以及含水层系统污染物运移规律和热能传导规律的研究有着重要的意义。以饱和承压弱透水层柱体为模型,在一侧水头降低某一常量条件下推得了弱透水层单位水平面积的流量公式,给出了基于流量随时间变化的实验资料采用配线法确定弱透水层传导系数、渗透系数和贮水率的具体方法,并结合实验及相关资料进行了参数的确定和验证。这一方法不仅理论严密,而且具有实验装置及实验过程简单、易操作,获取的参数较多,精度高等优点。因此有很好的推广应用价值。     

露头处具有淤泥层的滨海含水层系统中海潮引起的水头波动

滨海地区社会与经济的发展引发了各种各样的水文地质问题, 因此对滨海地区的水文地质条件, 尤其是地下水与海水之间的水力联系的研究尤为重要.本文考察了海底露头处具有淤泥层的滨海含水层系统中由海潮引起的水头波动.该系统由潜水含水层、承压含水层和介于其间的弱透水层构成.建立了该系统的数学模型, 得到了该模型的解析解.该解析解包含2个无量纲参数: 弱透水层的相对越流系数和淤泥层的相对透水系数.解析解表明, 淤泥层使各处的水头波幅被缩小了一个常数倍(波幅缩减因子), 并使各处的波动相位产生了一个不超过45°的正位移常数(时滞).该时滞对半日潮不超过1.5h, 对全日潮不超过3h.波幅缩减因子和正位移常数只与弱透水层的相对越流系数和淤泥层的相对透水系数有关.当这两个无量纲参数取某些特殊值时, 本次研究的解和前人考虑的几种较简单情形所对应的解一致.承压含水层中水头波幅随着淤泥层的相对透水系数的递增而严格递增, 随弱透水层的相对越流系数的递增而严格递减; 波动相位随着这2个无量纲参数的递增均严格递减.分析表明弱透水层的越流和淤泥层的存在均对承压含水层水头波动有显著影响.      

基于多源数据的弱透水层水文地质参数反演研究

弱透水层是含水层系统的重要组成部分,其水文地质参数的准确获取一直以来都是研究难点,传统室内试验难以克服应力状态及环境变化对土层参数的影响,因此如何在原位状态下评价其水文地质参数有着重要意义。选取呼和浩特盆地某淤泥层为研究对象,基于抽水试验和溶质运移试验获得的多源数据,采用基于控制体积有限差分法的非结构化网格（Unstructured Grid）方法,建立三维地下水流-溶质运移耦合模型,对弱透水层水文地质参数进行反演。结果显示:模型计算的抽水井中水位和溶质浓度变化规律与实际观测数据能够较好拟合,模型识别出的抽水含水层渗透参数（4.8 m/d）与通过解析法计算得出的结果（4.17 m/d）相近,建立的数值模型符合实际水文地质条件;反演得到淤泥质弱透水层垂向渗透系数为1.2×10?4 m/d、储水率为1.0×10?5 m?1。基于多源数据的参数反演方法可为弱透水层参数研究提供借鉴。     

常州地区含水层系统土层压缩变形特征研究

根据近十几年来分层标和含水层水位观测资料分析了常州地区土层压缩变形特征,表明承压含水砂层中的压缩变形不容忽视,且含水砂层的压缩变形与弱透水层的粘土、粉质粘土相似,均表现出明显的变形滞后现象.为此从水位与时间关系、土层变形与时间关系和水位与变形关系出发,结合室内试验方法,通过选取常州地区含水层系统中第一、二、三承压含水层以及二、三承压含水层间弱透水层和第三承压含水层下覆弱透水层的原状土样,采用单轴侧限压缩试验,分析了常州地区砂土和粉质粘土的次固结（蠕变）特性.试验结果表明常州地区不论是粉质粘土还是砂土,均存在一定的次固结变形,从而启示我们该地区地面沉降模拟中应同时考虑含水砂层的蠕变特性.     

江苏滨海平原弱透水层封存的古咸水及其运移过程

滨海平原弱透水层广布且多赋存古咸水,其盐度分布及运移过程深刻影响着含水层地下水的演变,却得到甚少关注.采集了江苏滨海区7个浅层钻孔弱透水层原状样品,压榨法收集孔隙水.利用孔隙水天然示踪剂ρ(Cl),ρ(Br)剖面和数值模拟分析了弱透水层孔隙水盐度特征和运移机制.得出浅层孔隙水ρ(Cl)垂向剖面存在2个趋势:①峰值在表层...     

常州地区地面沉降及地层压缩性研究

系统分析了常州地区地下水开采动态和地面沉降发生发展历史,概述了研究区地面沉降的框架,在此基础上,系统研究了常州市分层标从1984年至2002年的分层沉降资料。根据常州地区地下水含水层系统及土层特性,将研究区松散土层垂向划分为四个不同层次,分别研究了它们的压缩变形历时特性及其与累计地下水开采量的关系,研究了各自的应变特性。由于土层结构及物理力学性质的不同、地下水开采层次及强度的差异、土层不同应力历史的影响等诸多因素的综合效应,导致了地面沉降及分层压缩特性的显著差别。常州地区的主要压缩层为第II承压含水层的顶板弱透水层,与含水层距离近的土层变形量及应变量均较大,其次是第II承压含水层本身及其与第III承压含水层之间的弱透水层。地面沉降及地层压缩与地下水开采之间的滞后效应在常州地区表现得并不明显,这一点至少在月或年的时间尺度上是正确的。     

黏性土弱透水层压实作用:原理、技术及其水文地质意义

弱透水层与含水层相互作用是国际水文地质学界关注的热点问题,特别是黏性土弱透水层与孔隙含水层的相互作用。近年来,在自然沉积、过量开采地下水、现代化农业机械与建筑业重型机械应用等自然与人为活动影响下,黏土弱透水层会发生有效应力增加、孔隙结构变形和孔隙度减少、渗透性降低、溶解氧和贮水能力减少以及侧向和垂向排水等的压实作用,导致地下水污染、地面沉降等环境问题的发生。本文重点介绍了黏性土弱透水层压实作用的原理,分析了地下水系统中4种不同状态下沉积物压实与孔隙流体压力的关系,基于压实物理模拟和数值模拟两个方面对压实作用的研究方法与技术进行了系统总结,随后探讨了压实作用下黏性土弱透水层对地下水水量与水质的影响,并对此研究的发展趋势及其在地球科学、环境科学等研究领域的潜在应用提出了展望。     

地下水流二维、准三维及三维模型模拟结果比较

本文为三种简单的由多个含水层和弱透水层组成的越流含水系统建立了二维、准三维和三维数学模型,并对它们的解进行了比较分析。三种水流系统的二维、准三维及三维数学模型计算结果相互间的偏差随抽水时间的延长而增大,随井距的增大而减小;二维与准三维数学模型计算结果间的偏差随弱透水层越流系数的减小而减小;两种准三维数学模型计算结果间的偏差随抽水含水层与弱透水层间贮水系数比值的增大而减小;考虑弱透水层弹性释水的准三维模型与三维模型的解最为接近,它们之间的水头差当贮水系数比值一定时,随抽水含水层与弱透水层间渗透系数比值增大而减小,且随各向异性比值的增大而增大。     

弱透水层中地下水化学渗透效应的研究现状与展望

弱透水层对地下水的运移过程具有不同于一般含水层的水力影响,开展弱透水层中的渗透试验是模拟该影响的直接手段。本文跟踪了国内外化学渗透的研究进展,当前室内模拟试验仍然是该领域的主要研究方法,对不同溶液的渗透试验发现弱透水层有半透膜的作用,可以过滤部分盐分。已经开展的原位试验主要针对泥岩、页岩的渗透特性,对黏性土的原位渗透研究较少。国外已经开展了化学渗透的数值模拟工作,建立了联合水力驱动和化学驱动的模型,进行了部分参数的模拟分析。未来,高精度原位化学渗透和反渗透试验研究将成为该领域的一个主要研究方向。     

不同Eh条件下弱透水层中硝酸盐截留能力

为了研究硝酸盐在不同Eh条件下通过弱透水层的迁移机理及转化形式,用天然黏土作为渗透介质弱透水层,在高渗透压条件下进行室内实验,模拟地下水中硝酸盐通过弱透水层的迁移转化过程。结果表明：单位质量黏土截污容量为1.45 mg/g,阻截率R=92%,不同Eh条件下（Eh分别为0、-100、-200 mV）弱透水层对硝酸盐的阻截能力都很强;低氧化还原电位有利于弱透水层吸附硝酸盐。弱透水层中硝酸盐的转化途径表明,弱透水层对硝酸盐的阻截能力很强,是微孔隙截留作用、机械过滤、离子吸附、协同吸附以及较弱的微生物共同作用的结果。     

应力历史对弱透水层参数影响试验研究

弱透水层储存的地下水是地下水资源的重要组成部分,弱透水层水文地质参数对地下水资源管理与评价以及地面沉降等具有重要意义。通过室内试验对定降深条件下弱透水层水流运移规律进行了研究,并探讨了弱透水层释水过程中的变形规律和释水规律。试验结果表明,在相邻含水层定降深条件下,弱透水层固结变形滞后于相邻含水层的降深变化,且变形速度逐渐变小并趋于零。基于室内试验,利用配线法求得弱透水层不同应力状态下的水文地质参数,对比分析,大变形和小变形试验中土层的渗透系数变化不大,但贮水率明显变小,土层的固结系数变大。因此,土层的应力历史对土层的渗透系数影响不大,而对贮水率有较大的影响。     

氨氮在弱透水层中的渗透迁移规律研究

通过渗透试验、吸附试验和高压动态土柱试验对氨氮在弱透水层中的渗透、迁移转化规律进行研究。试验结果表明,弱透水层对氨氮具有很强的吸附能力;弱透水层中生物作用微弱,弱透水层对氨氮的去除主要是非生物作用的结果;硬度或其他交换性离子的作用会影响氨氮在弱透水层的穿透时间和吸附稳定性。此研究对揭示深层地下水的氮污染规律及探索地下水污染修复提供理论支持。     

基于Visual Modflow的某生活垃圾填埋场地下水污染物运移模拟

针对生活垃圾填埋场运行中面临的渗滤液泄漏污染地下含水层的潜在威胁,论文通过概化某生活垃圾填埋场地的水文地质物理概念模型,利用Visual Modflow软件对该场地进行建模和拟合调参,预测了渗滤液发生泄漏后20年特征污染物NH3-N在含水层中的运移规律。模拟发现:在水平方向上,污染物随水流方向不断扩散,污染面积不断加大,污染速率呈先增长较快后逐渐变缓慢的趋势,污染浓度由渗漏中心向周围递减,污染物在20年内向下游地区运移时所到达的最远污染距离为841.3m,受污染区域面积最大为0.243km~2;在垂向上,由于存在第3、5、7层为弱透水层的阻隔作用,虽随着时间推移,污染物不断向下扩散,但研究周期内在污染物到达模型底板时,特征污染物的浓度均小于1.5mg/L,由此可见特征污染物不会渗入深部含水层。     

基于层间位移协调的承压水降压引起土层变形分析

承压水降压引起的地面沉降由含水层、弱透水层和潜水层的变形组成。当承压层降压时间短、弱透水层固结变形较小时,可以假设弱透水层为严格的隔水层。采用层状弹性体系理论,基于位移协调条件分别建立了单井抽水以及第三类基坑工程降水（隔水帷幕插入降水含水层）引起的土层变形分析模型,与数值模拟和现场抽水试验结果的对比,验证了文中方法的正确性。研究结果表明,上覆土层弹性参数变化对地表变形的影响可以忽略;抽水井附近的土层变形呈现“上小下大”特点,一定距离以外含水层与地面沉降大致相等,根据承压含水层降深要求,可估算出基坑外的水位降深。     

土工膜-防渗墙-弱透水层联合防渗的有效性分析

深厚覆盖层坝基往往都是强弱互层结构,坝基中存在弱透水层。弱透水层既是隔水层又是软弱夹层,是否利用其作为控渗依托层关系到工程难度、进度及成本。绝大多数工程都将全封闭式防渗体作为控渗首选方案,保守的设计理念导致采用半封闭式防渗体控渗的工程少之又少。西藏多布水电站采用土工膜-防渗墙-弱透水层三位一体半封闭式联合防渗体,在国内外少见,具有一定代表性,其防渗效果具有重要的参考价值和借鉴意义。本文基于详细的地质构造资料,以非饱和土体渗流、比奥固结理论和土体的非线性流变理论为基础,考虑土体水力学及土力学参数随双场耦合的动态变化关系,借助ADINA建立流固耦合模型,全方位分析多布水电站的渗流场、应力场,以及弱透水层的承载力和液化性。研究表明:土工膜-防渗墙-弱透水层三位一体半封闭式防渗体能有效降低渗透速度、渗流量和抑制渗透坡降,各渗流参量满足控渗要求;大坝及防渗墙的水平位移、沉降和应力相对悬挂式防渗体有一定增大,需提高防渗墙的强度。弱透水层是防渗体系中最重要的部分,经分析弱透水层承载力满足要求,且不会发生液化。对比分析三种防渗体系,多布水电站现采取的土工膜-防渗墙-弱透水层三位一体半封闭式联合防渗体是最佳方案,可减小防渗墙深度近193m。该研究成果对类似工程具有重要的参考价值和借鉴意义。     

钻孔简易水文地质编录与测井结合对岩溶含水层含水性划分探讨 ——以福泉市大湾磷矿为例

矿区水文地质勘查中,一般针对整个充水含水层,往往忽略含水层中分布的弱透水层或相对隔水层,从而导致涌水量预测结果与实际出入较大。本文以福泉市大湾磷矿区为例,以首采区范围为试验场,通过钻孔物探测井和简易水文地质编录相结合的手段,对灯影组含水段和弱透水段进行详细划分,确定灯影组实际有效含水段厚度M值,对于矿井涌水量预测及后期矿井开展防治水具有重要的意义。