深井分层真空抽水试验及机理分析

基于某单井分层真空抽水综合试验,使用新型分层抽水试验装置,对试验方法进行技术改进,使分层抽水工作省时高效、安全可靠、经济实用。将该工艺方法监测数据与常规方法监测数据进行对比,研究地层、真空负压对抽水效果的影响,并对其机理进行详细分析,得出真空分层抽水井管周围渗流场的变化性状。对比试验表明,分层真空抽水工艺方法在提高单井出水量、洗井效果上具有明显优势。     

单井点和单排井点布置的真空降水现场试验及比较研究

研究单井点和单排井点真空降水条件下,地层中地下水水位和抽水流量,在重力场和真空压力场耦合作用下的变化过程,并进行比较分析。试验表明,对于单井点排水条件,随着真空负压力和抽水井深度的增大,水位的下降有一定增加,而离开抽水井点较远处的水位下降更为明显。单排井点布置条件下,随着抽水井深度和抽水井间距的增大,无论是抽水井点布置方向还是垂直于抽水井点布置方向的地下水位的下降深度将有明显增大,而沿抽水井布置方向的水位下降深度更为显著。此外,在多次反复降水条件下,后续降水过程中地下水位的下降速率将有增快的趋势。试验还表明,抽水井井口的负压力小于真空泵出水口处的负压力,损失量可达12.5%,因此,在进行真空降水设计时需要考虑出水管道的长度。     

基坑工程降水渗流场特性分析

基于Biot固结理论和Terzaghi有效应力原理,采用有限元法对深基坑工程降水渗流场进行应力场与渗流场耦合的数值模拟。结合南京九华山隧道基坑工程降水实例,分析了基坑降水水位线的形状、流速分布及地表沉降规律;比较了降水井不同布置、井深对基坑渗流场及周围地表沉降的影响,其结果有助于进一步了解地下水与土体相互作用机理,并为基坑工程降水井的设计提供可靠的指导。     

基于基坑降水优化设计的地面沉降数值模拟

深基坑降水引起的地面沉降给工程和周边环境带来很大的危害,以天津地铁 XX站深基坑为例,通过使用有限差分模拟软件Processing Modflow建立三维地下水渗流场与地面沉降耦合模型,利用抽水试验数据反演识别场区的水文地质参数,对基坑降水对周边环境的影响进行预测。结合施工要求,本着在规定时间内用最少的抽水量完成降水要求,并对基坑周围造成的环境影响最小的原则,对基坑降水进行优化设计。     

考虑细观等效热学参数的高放废物处置库围岩应力−渗流−温度耦合模拟方法

高放废物处置库中乏燃料持续释放的热量对围岩的应力场和渗流场及其长期稳定性具有重要影响。围岩的热学参数依赖于岩石矿物组成、孔隙率和孔隙流体等因素,准确取值是进行高放废物地质处置库多场耦合分析的前提。通过细观力学分析,建立了围岩等效热学参数（热容、热传导系数、热膨胀系数）取值方法,并基于Biot孔隙介质理论,建立应力?温度?渗流三场耦合模型,进而提出了高放废物处置库围岩应力?渗流?温度耦合数值模拟方法。最后通过COMSOL Multiphysics多场耦合软件,利用瑞士Mont Terri高放废物地下试验室围岩温度?渗流?应力多场耦合现场试验数据对数值模拟方法进行验证,并探讨了温度?渗流?应力耦合过程的演化规律。研究表明,模拟结果和试验值吻合良好。研究结果可为我国高放废物处置库的安全评估和选址提供科学依据。     

深基坑降水三维变参数非稳定渗流与地面沉降耦合模型

为了精确模拟预测松散沉积层中深基坑降水引起的地下水渗流场和地面沉降的变化特征,考虑土体孔隙度、渗透系数、储水率随地下水位下降发生的动态变化,建立了深基坑降水三维变参数非稳定渗流与太沙基一维固结理论的地面沉降耦合模型,并采用有限元数值分析方法对模型进行求解。以南京地铁三号线浦珠路站深基坑降水为例进行模拟计算。结果表明：采用15口坑内抽水井,抽水井过滤器埋深为22.0～37.0 m,基坑围护连续墙底部埋深至41.5 m为最优降水方案;不仅使基坑内地下水位满足开挖要求,又使基坑外地面沉降在控制范围内。经验证,所建立的模型合理,计算结果可靠,研究理论用于模拟预测此类地区深基坑降水引起的地下水流场变化具有较高的可信度。     

降雨条件下露天平台边坡的稳定性研究

节理、裂隙控制着地表岩体的力学强度和导水特性。采用遍布节理力学模型和饱和非饱和等效连续介质渗流模型反映节理的主导作用,基于节理连通率将岩体的渗流特性与力学特性耦合起来,分析了在FLAC3D中实现渗流与力学耦合机制、降雨边界条件处理以及连通率演化,并开发了适用于FLAC3D的多组遍布节理模型,模拟了海南矿业联合有限公司一顺层平台边坡降雨过程中渗流场和力学场的变化。计算结果表明,降雨开始后边坡地表迅速饱和并形成暂态饱和区,随着降雨的继续,边坡负压区进一步缩小,同时暂态饱和区也不断扩大;在降雨结束后,由于水压力迅速消散造成暂态饱和区开始减小,在降雨过程中渗流也会引起层面的破坏和其裂隙连通率的演化。因此,运用上述耦合分析模型计算降雨入渗对边坡稳定性的影响是可行的。     

青藏高原典型多年冻土区的一维水热过程模拟研究

了解多年冻土内部的水热过程对寒区工程规划和建设的辅助决策具有重要意义.冻土的水分迁移与温度变化密切相关,然而传统的经验模型局限性大,对水热物理过程考虑不足;陆面过程模型所需的驱动数据多且很难准确模拟深层土温,尽管数值模型在工程上应用的比较多,但很少应用到冻土的演化过程中.基于非饱和土壤渗流和热传导理论,实现了冻土水分场与温度场的水热耦合数值模拟.以唐古拉综合观测场为例,将数值模拟结果与观测数据进行对比,验证水热耦合数值模拟的有效性.结果表明：模型对土壤温度模拟效果较好,15 m以上R²在0.88以上,RMSE在1℃以内;水分模拟尚可,但仍存在一定误差,R²在0.7以上,RMSE在7.65%以内.模拟的活动层厚度约3.6 m,年平均地温所在的深度约为15 m,与实测值基本一致.该水热耦合模型可用于研究多年冻土区土壤水热变化规律.     

考虑开挖损伤的高放废物地质处置库温度-渗流-应力耦合数值模拟方法

高放废物地质处置库处于温度?渗流?应力（THM）多场耦合环境中,对高放废物处置库进行安全评估时,需进行多场耦合分析。然而,高放废物处置库开挖引起硐壁附近围岩应力重分布,产生损伤,导致围岩热学参数（T）、渗流参数（H）和力学参数（M）发生变化,且在空间上分布不均匀,这将会对运营期处置库THM耦合演化过程产生显著影响。通过分析高放废物处置库温度?渗流?应力三场的耦合原理和处置库围岩损伤的分布和演化规律,定义了损伤变量和损伤演化准则,并将损伤变量与热学参数、渗流参数、力学参数以及多场耦合参数（Biot系数、Biot模量和温度排水系数）建立联系,将围岩损伤与温度?渗流?应力建立联系,形成了一个弹塑性损伤温度?渗流?应力多场耦合数值模型,然后利用建立的模型对瑞士Mont Terri高放废物地质处置库围岩加热试验进行模拟,对比了模拟值和试验值,比较了考虑开挖损伤和不考虑开挖损伤对高放废物地质处置库温度?渗流?应力的影响,并分析了在多场耦合作用下开挖损伤的演化规律。     

考虑开挖损伤的高放废物地质处置库温度-渗流-应力耦合数值模拟方法

高放废物地质处置库处于温度-渗流-应力（THM）多场耦合环境中,对高放废物处置库进行安全评估时,需进行多场耦合分析。然而高放废物处置库开挖引起硐壁附近围岩应力重分布,产生损伤,导致围岩热学参数（T）、渗流参数（H）和力学参数（M）发生变化,且在空间上分布不均匀,这将会对运营期处置库THM耦合演化过程产生显著影响。通过分析高放废物处置库温度-渗流-应力三场的耦合原理和处置库围岩损伤的分布和演化规律,定义了损伤变量和损伤演化准则,并将损伤变量与热学参数、渗流参数、力学参数以及多场耦合参数（Biot系数、Biot模量和温度排水系数）建立联系,将围岩损伤与温度-渗流-应力建立联系,形成了一个弹塑性损伤温度-渗流-应力多场耦合数值模型,然后利用建立的模型对瑞士Mont Terri高放废物地质处置库围岩加热试验进行模拟,对比了模拟值和试验值,比较了考虑开挖损伤和不考虑开挖损伤对高放废物地质处置库温度-渗流-应力的影响,并分析了在多场耦合作用下开挖损伤的演化规律。     

真空轻型井点地基处理试验研究

为分析利用真空井点进行沿海软土地基处理的可行性,在天津汉沽区南部沿渤海区域某电厂建筑场地,布置了利用真空轻型井点抽水的现场地基固结试验,为分析其固结试验效果,试验过程中进行了地下水位、孔隙水压力的现场监测,试验前后安排了现场检测试验。抽水固结试验结束后,经试验前后的静力触探试验、十字板剪切试验及室内土工试验对比分析,证明加固效果显著。抽水试验开始后较短的时间（75 d内）即可使加固的地基达到固结稳定,比贯入阻力提高200～300 kPa,十字板试验抗剪强度平均提高30～50 kPa,地基承载力可达120 kPa。试验说明,采用真空轻型井点处理沿海浅部软土地基是可行的。     

南通市南山湖综合楼基坑工程降水数值模拟分析

基坑降水的成功与否,关系到整个基坑的安全。南通市南山湖综合楼基坑开挖过程中虽建立了止水帷幕,但仍需对基坑降水的方案进行安全评估。采用MIDAS/GTS数值分析软件建立三维渗流模型,通过对现场单井抽水试验进行模拟分析,综合地勘报告中室内试验渗透系数和抽水试验的渗透系数,反向推演出符合工程实际的渗流边界函数和渗透系数;然后利用反推得到的计算参数,建立三维渗流模型,模拟群井抽水状态下水位降深与时间的变化关系,对群井降水效果进行分析,验证降水井设计是否合理,指导基坑土方的开挖。     

台兰河地下水库辐射井抽水过程的非稳定渗流场的有限元分析

针对台兰河地下水库大口径辐射井抽水效果的数值模拟问题,在分析了大口径辐射井渗流行为基础上,提出了应用辐射井子结构法和子结构开关器等辐射井精细模拟技术,并联用改进的截止负压法、迭代增量法和求解大型稀疏矩阵的预处理共轭梯度算法进行有辐射井影响的地下水非稳定渗流场的有限元分析。应用自主研发的三维可视化渗流有限元计算软件GWSS对台兰河地下水库辐射井抽水试验过程中的非稳定渗流场进行了数值模拟研究。研究结果表明：所有观测井计算水位的平均绝对误差为0.22 m,单井水位的平均误差最大值为 0.40 m,最小值为0.02 m,各观测井地下水位的模拟值与实测值的变化趋势吻合较好。经验证算法的合理性和程序的可靠性较好。提出的辐射井子结构法可以精细模拟辐射井的渗流行为和局部精细渗流场,可用于分析辐射井抽水过程中的地下水非稳定渗流变化及取水效率评价。     

Numerical study of dewatering in a large deep foundation pit

During foundation pit excavation, groundwater is often the most important factor that affects pit stability. Dewatering is widely used in pit excavation to avoid uplift of excavation floors due to high water pressure. The characteristics of seepage in small-scale deep foundation pits of high-rise buildings or in the long narrow foundation pits of subway stations have been extensively investigated. However, the characteristics of seepage in large-scale deep excavations have not been studied. This paper investigates the large deep excavation of the buildings in Oriental Fisherman’s Wharf. The total area of the construction site is 33,917 m². Single-well and group-well field pumping tests were performed and a numerical simulation by 3D finite difference method (FDM) was carried out. The simulation used results from the field pumping tests. The permeability parameters of the confined aquifer were then revised, based upon comparisons of simulation and observation results. Subsequently, dewatering schemes were simulated by FDM forward analysis. The simulation results show that dewatering schemes can minimize seepage and uplift in large excavation pits, though settlement outside the pit may need treatment measures.     

真空负载方式对疏浚淤泥脱水过程中脱水规律的影响

采用自主改装的变压头黏土渗透仪,模拟疏浚淤泥脱水过程中水分在淤泥颗粒多孔介质中的迁移运动过程,通过测定疏浚淤泥脱水过程中渗透系数与过滤常数、渗水量与滤液量、泥饼含水率与孔隙率,探究了负载压力为100 kPa时,不同负载方式（负载时间及负载压力梯度变化）对疏浚淤泥脱水过程中过滤和渗流规律的影响。研究发现：负载下的过滤和渗流同时进行,负载1 h期间,前期0～40 min内过滤占主导地位,后期40～60 min内渗流起关键作用。负载压力梯度由原来1 h内间隔变化1次,变为以20 kPa为梯度递增变化5次,随着压力变化梯度减小,渗透系数、过滤常数增加,淤泥脱水性能得到较明显的改善,并且前期负载压力越小,脱水效果越好。     

桩基后压浆对深基坑降水渗流场的影响

钻孔灌注桩后压浆后,与坑外含水层相比,基坑范围内含水层的渗透系数减小,这对基坑降水渗流场具有比较明显的影响。某广场式建筑由五幢塔楼和地下车库组成,采用桩侧后压浆钻孔灌注桩,基坑开挖深度21m,承压含水层组厚10m,透水性较强,采用敞开式完整井降水,井位主要沿基坑周边布置。在对水文地质条件进行概化后,建立了地下水三维非稳定流数值模型,进行了非均质渗流场模拟,并与均质渗流场作比较。结果表明,坑内后压浆区域的渗透系数减小后,坑内水力坡度变陡,单井涌水量减小,井数应相应增加;若模型计算域全部按注浆后的渗透系数考虑,则会严重降低补给强度、低估基坑总涌水量;在相同的降深要求下,坑内后压浆后渗透系数减小、但坑外渗透系数不变,基坑总补给量基本没有变化。现场监测与模拟结果较为一致。研究成果对类似工程地下水控制有一定的借鉴意义。     

非承压含水层底部单孔疏放水渗流特征

由含水层底部向上施工疏放水孔（井）进行疏水降压是保证煤矿安全开采的重要措施之一,该类疏放水孔与地面抽水井的渗流特征具有显著差别。为了研究井下疏放水孔的渗流特征,以非承压含水层底部单井疏放水孔为例,采用数值模拟的方法对其渗流特征进行研究。研究结果表明,当疏放水井的井长l_w小于临界长度l_c时,即l_wc,疏放水井上部含水层孔隙水压力大于0,且由下而上呈先增加后减小的分布规律,渗流量与井长呈指数函数关系增加;当l_w ≥ l_c时,疏放水非完整井的渗流特征及渗流量与完整井相同;渗流量随井半径增加呈指数关系增加,且指数小于1;将s+l_w代替水位降深s对裘布依（Dupuit）潜水完整井计算公式进行修正,当l_wc时,采用修正的Dupuit潜水完整井计算公式计算疏放水非完整井渗流量更精确。该研究结果对认识井下疏放水井上部孔隙水压力分布特征及合理布置疏放水井具有重要的借鉴意义。