连续墙周围的地下水渗流特征及数值模拟

本文以上海市彭越浦泵站降水工程为例,分析了连续墙周围地下水的渗流特征:上部地下水不连续,底部地下水连续,呈三维流态。根据场地的工程地质与水文地质条件,提出了粘弹性越流含水层组三维修流数学模型,并进行了数值模拟。计算的结果基本上反映了连续墙周围地下水三维流特征。     

复合含水层地区深基坑降水三维渗流场数值模拟--以上海环球金融中心基坑降水为例

长江三角洲分布有巨厚、松散的第四纪沉积层,地下含水系统为一复合含水层系统,深基坑降水一般采用非完整井,且由于深基坑周围连续挡水墙难以深入含水层底板,所以其地下水渗流场变化极其复杂,具有明显的三维流特征。本文以上海环球金融中心深基坑降水为例,采用数值模拟方法,模拟了在多层含水层复合存在、含水层最深底板埋深达149m、基坑周围挡水连续墙埋深达34m、基坑内地下水位降深达26m的情况下的地下水三维渗流场特征,并以此为据确定出了该基坑降水的最优化方案。     

江苏松散沉积层地区地下水资源评价模型发展趋势

江苏松散沉积层厚度大、结构复杂、容易发生固结压缩,地下水可采资源量评价具有较大的不确定性,容易造成重复或缺失,地下水的过量开采又容易引发地面沉降地质灾害。针对以上问题,提出了地下水资源评价的地下水渗流三维数学模型及其地下水渗流与地面沉降耦合模型。地下水渗流三维数学模型可以将整个松散沉积层作为一个统一的水文地质体进行计算,对不同水力性质的含水层同时进行刻画描述,克服了以往二维或准三维模型将各含水层之间的粘性土层概化为越流层给评价结果带来的重复或缺失。地下水渗流与地面沉降耦合模型可以结合地面沉降环境控制,评价出地下水的可采资源量,尤其是以比奥固结理论为基础,考虑了土体的非线性特征及土的渗透性随应力状态的动态变化的全耦合模型,使评价结果更趋科学、合理。     

渗流井取水方式地下水允许开采量计算

文章在分析渗流井井流特征的基础上,通过引入等效渗透系数,构建渗流井取水的"渗流—管流"耦合模型,建立了渗流井取水的数学模型,提出了渗流井取水计算模型。以陕西省悖牛川水源地为例,通过水文地质条件的分析,提出悖牛川陕西段河谷区地下水渗流井的开采方式。结合具体的水文地质结构及有关参数,采用地下水流三维有限差分法计算了各渗流井的出水量及其组成。在考虑河流持续断流45d的情况下,计算了断流条件下渗流井出水量的衰减过程,在此基础上,确定了悖牛川陕西段河谷区地下水渗流井开采方式新增允许开采量。     

Visual MODFLOW在水文地质勘查中的应用——以山东新驿煤矿下组煤先期采区水文地质勘查项目为例

Visual MODFLOW是目前国际上最为流行的三维地下水流和溶质运移模拟评价可视化专业软件系统,在我国主要应用于地下水流及溶质运移的数值模拟分析.根据勘查区地质、水文地质条件,使用Visual MODFLOW4.1三维渗流数值模拟软件,建立反映地下水分布规律、储存条件及其时空变化规律的渗流数值模型,并进行矿井突水量及安全水位疏排水量预报.     

基于能量测量的声呐渗流矢量法及其应用

为准确测定天然流场和人工流场下的地下水渗漏隐患,从能量测量的角度提出了一种水文地质测井的新方法——声呐渗流矢量法,系统地介绍了该方法的基本理论、原型仪器和测试步骤等内容。以时差法测量原理为基础,融合了矢量声呐技术、航空定向技术、压力传导技术、GPS定位等多种新技术,自主研发了声呐渗流测量仪及其显控软件,能够准确测定渗漏部位、渗漏通道以及流速、流向、流量等量化指标。并以富水地层地下连续墙基坑为工程案例,建立三维可视化渗流场成像系统,揭示三维空间渗流场分布特征,动态指导基坑渗控设计和堵漏处理,通过复测验证堵漏处理效果。结果表明：声呐渗流矢量法能够实现地下工程渗漏缺陷精准定位,在无强噪声干扰的情况下,检测结果完全满足工程渗控需要;提出以渗透流速为主、单孔渗流量和渗透系数为辅的基坑渗漏风险预警分级判定指标;结合地质勘察、监测预警、现场巡查、应急处置等手段,与其他方法相互验证,提前采取处理措施,有效规避渗漏水风险。     

地下水管理软件（REMAX）与国内三维流广义地下水管理模型殊途同归

介绍了地下水管理软件（REMAX）的组成功能与国内广义地下水管理模型的内函，在我国倡导三维流广义地下水管理模型是当今水文地质学界的重大热点问题和迫切任务，研究结果表明，地下水管理软件（REMAX）与国内三维流广义地下水管理模型殊途同归。     

井流理论研究

根据近代数学物理研究,地下水渗流场可用势函数Φ和流函数ψ来进行描述和解释,它们的组性组合Ｗ＝Φ＋ｉψ是Ｚ＝ｘ＋ｉｙ复数平面的函数并称为复数势,是地下水渗流场的通解形式。本文着重讨论了承压水单井及干扰井定流量抽水或压水时等位面、流线及渗流速度变化的数理特征,属渗流力学基础理论研究范畴。     

地下水封油库围岩地下水渗流量计算

为准确地计算特大型地下水封储油岩洞库地下水的渗流量,根据现场调查、测试与监测以及室内外物理力学试验,采用了三维多孔连续介质流-固耦合有限差分数值模拟计算分析软件模拟地下水渗流场。提出了一种适用于特大型地下水封储油岩洞库地下水渗流量计算的合理方法。经与法国专家经验法、大岛洋志经验式、《铁路工程水文地质勘测规范》（TB10049－96）等方法的计算结果进行比较,结果比较接近。该计算方法适用于试验数据和资料匮乏的可行性研究阶段的特大型地下水封储油岩洞库围岩地下水渗流量或涌水量的计算;考虑地下水流-固耦合分析时,单洞室的涌水量比只考虑地下水流动作分析时稍小;考虑流-固耦合作用比不考虑流-固耦合作用时围岩地下水的最大渗流速度稍小。     

导热与导热-渗流作用下浅层地能热量输运数值模拟

现用于浅层地能热量输运的地下传热模型忽略了地下水迁移对传热的影响。依据TOUGHRE-ACT模拟程序中质量与能量守恒原理,建立了多相流热渗耦合条件下地下热能输运数学模型。在此基础上建立了换热井群模型,模拟了导热及渗流作用下换热井群夏季制冷工况的瞬态温度场。模拟结果显示,地下水渗流流速及方向对热量传输影响较大。渗流流速为0.1 m/s时,温度场的瞬态特征显著;渗流流速达到0.5 m/s以上时,温度场的瞬态特征逐渐消失。渗流流速的方向性使换热井群温度场分布也呈现出显著的方向性,在布置换热井群时应在平行地下水渗流方向上增加井间距,而在垂直于地下水渗流方向上减小井间距。2种传热作用相比:在导热作用下换热井群产生热堆积,温度场整场接近饱和;在渗流作用下各换热井的能效系数在20 d后基本处于稳定状态。     

江苏姜堰孔隙承压地下水资源评价三维数值模拟

通过建立符合该地区承压地下水赋存条件和渗流特征的地下水三维数值模型,并在模型识别、验证的基础上,根据各承压含水层的水位控制要求,调整现有地下水的开采布局,以乡镇为单位,确定出各含水层的地下水可开采资源量及最优开采布局,并预测2011—2020年底逐年地下水水位动态变化情况。     

有限单元法数值计算在水库渗漏及渗流区浸没预测中的应用

水库渗漏一方面会造成水量损失,直接影响工程效益,另一方面渗流区下游农田、居民点被浸没,沼泽化,引起地质环境恶化,甚至下游有边坡区域土层含水量增高,边坡失稳,产生地质灾害.根据水库渗流区上下游的水文地质特征及渗流区各段地层透水性,建立了渗流区地下水运动的二维流水平运动模型,提出了根据渗流区上下游水位边界条件与区域内有限个单元的水头相互关系来求解模型的一种方法.最后在计算机的辅助下,应用上述模型分析渗流区域地下水的上升状况,为库水的渗漏量及河间地块浸没的定量评价提供了理论基础.     

深基坑嵌岩地下连续墙隔渗效果分析与评价方法研究

嵌岩地下连续墙上渗漏点位置、大小等的不确定性,使数值模拟预报该状况下基坑内降水后地下水的流场十分困难。结合对武汉地铁2号线循礼门地铁车站嵌岩地下连续墙的实际隔渗效果分析,在数值模拟计算时提出了“纵向平移集中法”处置防渗墙渗漏点的方法;采用该方法的三维数值计算结果与实测结果基本吻合,证明该处置方法可用于模拟及预报存在渗漏的防渗墙内基坑降水的地下水流场变化过程,为解决该工况下渗流场的模拟计算问题提供一种途径;同时还分析、探讨了嵌岩地下连续墙的实际隔渗效果。该工程实例中的分析方法对同类工程具有借鉴作用。     

地下水渗流与地面沉降耦合模拟

为了准确模拟由地下水开采导致渗流场和应力场发生变化而引起的地面沉降问题,根据Terzaghi有效应力原理,建立了地下水三维渗流与一维垂向固结的地下水渗流与地面沉降耦合数值模拟模型和以比奥固结理论为基础,并结合土体非线性流变理论,将土体本构关系推广到粘弹塑性,同时考虑土体力学参数及水力参数的动态变化关系的地下水渗流与地面沉降三维全耦合数值模拟模型.通过对比分析,结果表明:基于Terzaghi有效应力原理建立的地下水三维渗流与一维垂向固结地下水渗流与地面沉降耦合数值模拟模型模拟所得地面沉降与地下水位呈现出同步变化的趋势,并且当地下水位逐步回升至初始水位时,地面沉降也逐步回升到初始的零沉降状态.而以比奥固结为基础建立的地下水渗流与地面沉降三维全耦合数值模拟模型模拟所得的地面沉降变化趋势滞后于地下水位的变化趋势,并且当地下水位逐步回升至初始水位时,地面沉降虽也逐步得到回升,但回不到初始的零沉降状态,存在一个永久的残余沉降量.在土体参数变化方面,土体的孔隙度、渗透系数及泊松比均呈现先减小后增大的变化趋势,而弹性模量则呈现先增大后减小的变化趋势,与地面沉降的变化相对应.      

高层建筑引发地面沉降模拟预测三维流固全耦合模型

为了准确预测由高层建筑引发土体应力场和渗流场变化而导致的地面沉降,以比奥固结理论为基础,结合土体非线性流变理论,将比奥固结理论中的本构关系拓展到黏弹塑性,并考虑了土体孔隙度、渗透系数及变形参数随有效应力的动态变化关系。以河北省沧州市为例,建立了沧州市高层建筑荷载、地下水渗流与土体变形三维流固全耦合数学模型。在对模型进行识别、验证的基础上,模拟预测了沧州市在地下水停采、仅存在高层建筑荷载的影响下,从2010年12月底到2025年12月底逐年的各含水层组地下水流场变化特征和地面沉降发展趋势。结果表明：沧州市由高层建筑荷载引发的最大地面沉降量为40.57 mm,最大地面沉降速率为2.7 mm/a,位于沧州市区。     

深基坑周围地下水渗流破坏影响因素的分析

分析了基底的土层性质、防渗墙的埋入深度以及抽水回灌层位等因素对地下水渗流的影响。根据基坑周围地下水渗流特征,指出了基坑中容易发生渗流破坏的地段,并提出了相应的控制措施。     

山东福山铜矿岩溶裂隙水充水矿井涌水量预测

福山铜矿位于山东省烟台市,围岩主要是大理岩,岩溶裂隙水为矿床直接充水水源。在分析研究区水文地质条件、岩溶发育特征和地下水流态的基础上,建立了地下水三维渗流模型,模型考虑了地下水在三个主渗流方向上的各向异性,将疏干巷道概化为排水沟,针对金属矿床开采水位降深大,边界流量随着降深的增大而增加,采用通用水头边界,随着降深的变化边界流入量依据水位值计算得到。利用群孔抽水试验资料和长期观测资料对模型进行识别和验证,最终对矿井疏干排水量和不同年份的正常涌水量进行预报,模拟结果为-80 m、-200 m、-300 m、-400 m和-450 m水平平水年正常涌水量分别为7 500 m3/d、14 060 m3/d、28 070 m3/d、37 200 m3/d和41 600 m3/d。从岩溶发育特征和地下水流动特征看,在这类岩溶地区建立地下水三维渗流模型是可行的。      

黄河流域内地表水与地下水转化关系分析

黄河流域是我国重要的生态屏障,研究其水力转化条件对河流治理及地区生态可持续发展具有重要意义。选取黄河流域某一区域为研究对象,首先对该区域内地层情况按照不同岩性进行了层级划分,在分析了各层特性基础上,利用同位素特征分析法和剖面元素分析法对流域内地表水和地下水的元素组成进行了三维分析,并以此对流域内渗流特性进行分析,最后应用有限元分析法进行了模拟分析,以上分析表明研究区域内地表水在渗流压力作用下向地下水转化。     

基于地面沉降控制的区域性松散沉积层地下水可采资源规划评价

为了满足区域性松散沉积层地区地面沉降的防控要求,规划评价地下水的可采资源量,根据渗流理论和土力学理论,建立了地下水三维非稳定渗流与地面沉降耦合数学模型,并考虑了含水层孔隙度、渗透系数、储水率随含水层发生固结沉降的变化特征。采用三维有限元数值分析方法,以江苏省南通市地下水开采为例,基于地面沉降的控制要求,规划评价出了各乡镇各含水层的地下水可采资源量。结果表明：地下水开采布局科学规划后,总的可采资源量为17 870.56×10⁴ m³/a,较现状开采量10 902.32×10⁴ m³/a有较大幅度的增加。地下水三维变参数非稳定流与地面沉降耦合模型可以更加精确地刻画三维水文地质体的特征,更加符合实际情况。     

非饱和裂隙岩体渗流的统计模型研究方法

常规方法研究非饱和裂隙介质往往采用宏观连续体的概念,然而现场试验证明,非饱和裂隙岩体中的渗流具有相当的非均质性。天然裂隙岩体的非饱和渗流是发生在三维裂隙网络中的多场非等温流,要在不完整的信息基础上刻画和表现介质的不均匀性,通常借助随机模拟的手段。将三维裂隙系统近似为概化的二维非均匀多孔介质的二维平面裂隙。采用模拟退火法将取自各种来源的信息资料通过建立适当的目标函数汇集至模型之中,以此模拟裂隙的空间特征。