连续墙周期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，分析了连续墙周期地下水的渗流特征：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渗流数学模型，并进行了数值模拟。计算的结果基本上反映了连续墙周期地下水三维流特征。     

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。     

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。     

傍河水源地地下水资源评价方法述评

当前傍河水源地地下水资源评价的方法主要是水动力学方法和地下水管理模型,包括平面二维流模式、饱和三维流模式、饱和-非饱和流模式以及以这些水流模式为基础的地下水管理模型,其中以完整河流假设的平面二维流模式和非完整河流(实际河流)的三维流模式应用较为广泛。但平面二维流模式计算的开采量偏大,容易引起不良的环境影响,应推行使用饱和三维流甚或饱和-非饱和流模式预测傍河水源地地下水开采量。     

西宁市轨道交通一号线抗浮水位数值模拟研究

西宁盆地含水层主要为第四系松散岩类孔隙潜水含水层和新近系碎屑岩类孔隙裂隙含水层。在水文地质调查、水文试验、地下水动态长期监测、大量勘探资料的基础上,刻画了研究区三维地质结构模型以及含水层分布特征,建立了西宁市地下水的三维流数值模型。通过对研究区降雨量、洪水等水文资料的分析,预测了已发生连续丰水年组遭遇百年一遇洪水情形下的地下水位,在次基础上确定了西宁市轨道交通一号线抗浮设防水位。研究结果表明整个轨道交通一号线地下水位上升幅度在2. 18～4. 73 m,各车站均受到抗浮设防水位的影响,设计需采取相应的抗浮设防措施。     

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。     

西北地区山前倾斜平原含水系统的概化及地下水资源量变化特征——以青海西部格尔木地区为例

本文着重探讨了西北内陆盆地山前倾斜平原地区地下含水系统的水文地质特征,以青海西部格尔本地区为例,建立了水文地质概念模型和准三维流有限元数学模型,并通过运行建立起来的数值模型,分析了有关地下水资源量之间的变化特征。     

地下连续墙在深厚覆盖层地基处理中的适宜性研究

西南山区河谷广泛分布有深厚覆盖层,它们不但制约水电坝址的选择,同时也给水工建筑的设计和基础处理带来困难,传统沉井方法在深厚覆盖层地基处理中的问题日渐突出.本文从地下连续墙结构构成、受力、施工技术等角度对地下连续墙方案进行了综合研究,在地基岩土体工程地质条件清楚认识的基础上,充分考虑了地下连续墙受力特征,采用三维有限元方法,分析了坝体整体结构及地下连续墙复合挡土墙体系在各种工况下的受力变形特点.结果表明,地下连续墙结构充分调动了墙体和土体的相互作用效应,连续墙体的受力状况可满足建筑物的安全要求,是深厚覆盖层中地基处理的一种有效方法.地下连续墙的变形和内力受到剪力墙的接头形式和接触面强度的控制,在施工过程必须进行有效的控制.     

武汉鹦鹉洲长江大桥北锚碇施工变位分析

武汉鹦鹉洲长江大桥主桥为3塔4跨悬索桥,其北锚碇采用圆形沉井形式,施工前在周围预先制作圆形地下连续墙。考虑到沉井下沉对邻近建筑物和构筑物的影响,根据沉井施工工况,结合现场实测监控数据,采用MIDAS-GTS建立三维计算模型进行有限元分析,主要讨论三维计算模型所得关键测点的位移值与实际测量值的吻合情况,在指导现阶段施工的同时,预测后续工况对周围建筑及长江大堤的影响,同时先后分析沉井下沉过程对圆形地下连续墙变形的影响。计算结果表明,关键测点的变形计算值与实测值结果比较吻合,计算误差基本在5%~30%,施工可有效地避免对周围建筑物和长江大堤不利影响;地下连续墙变形会随沉井下沉而增大,但收敛趋势明显。该计算模型对沉井下沉的姿态控制具有参考价值。     

矿区疏干地下水三维流与二维流对比研究

分别从解析解、数值解和电网络三个方面,对三维流和二维流模型求解方法和结果进行了理论分析和对比,讨论了在参数拟合、水量水位预测方面的差别及处理对策。最后给出元宝山露天煤矿疏干排水三维流模型与二维流模型的计算实例及分析,并提出了矿区大降深、大流量疏排地下水属明显的三维流过程,必需用三维流模型进行模拟计算。      

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。     

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。     

Recharging of contaminated aquifer with reclaimed sewage water

About 40% of the water supply of Cairo, Egypt, is drawn from a groundwater reservoir located southeast of the Nile Delta. Several thousand shallow wells supply drinking water to the farmers from the same groundwater reservoir, which is recharged by seepage from Ismailia canal, the irrigation canal network, and other wastewater lagoons in the same areas. Sewage water lagoons were located at the high ground of the area, recharging contaminated water into the aquifer. Since the groundwater in this area is used for drinking purposes, it was decided to treat the sewage water recharging the aquifer for health reasons. In this paper a solution to the problem is presented using an injection well recharging good quality water into the aquifer. A pumping well located at a distance downstream is used to pump the contaminated water out of the aquifer. A three-dimensional solute transport model was developed to study the concentration distribution with remediation time in the contaminated zone.     

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。     

吴江盛泽地区建筑荷载和地下水开采对地面沉降的影响

为了准确分析建筑荷载和地下水开采对地面沉降的影响,为吴江盛泽地区科学防控地面沉降提供决策依据,基于比奥固结和地下水渗流理论,建立了建筑荷载和地下水开采与地面沉降三维全耦合有限元数值模型,分别模拟预测了在建筑荷载单独作用、地下水开采单独作用及建筑荷载和地下水开采叠加作用三种情况下,2015-09-01—2030-08-31盛泽地区逐年地面沉降变化趋势。结果表明,建筑荷载对盛泽地区地面沉降的影响大于地下水开采。第Ⅰ黏性土弱含水层和第I承压含水层分别为建筑荷载和地下水开采单独作用下的主压缩层,单层压缩量占比分别为43.04%和54.06%;第Ⅰ承压含水层及其上覆第Ⅰ黏性土弱含水层是二者叠加作用引发土体变形的主压缩层,其压缩量之和占总压缩量的71.30%。建筑荷载和地下水开采单独作用下引发的地面沉降量的线性叠加之和大于二者叠加作用下引发的地面沉降量,建筑荷载和地下水开采叠加作用引发的地面沉降具有耦合效应。     

武汉长江Ⅰ级阶地含水层水文地质参数研究及工程应用

武汉地区长江Ⅰ级阶地含水层在水流等沉积动力的分选作用和上覆土层压力的固结作用下,其渗透系数必然存在各向异性。因此,基于含水层渗透系数的各向同性和以单井稳定流抽水试验得到的含水层水文地质参数所完成的基坑降水设计亦必然与工程实际存在差异。通过现场分层抽水试验、群井抽水试验,结合三维数值模拟反演计算,得出了武汉长江Ⅰ级阶地各含水层水文地质参数的基本规律和特性,即：各含水层渗透系数自上而下逐渐增加且表现为各向异性,其水平渗透系数大于垂直渗透系数,其比值介于1.6～2.6之间。工程实例表明,采用各向异性的水文地质参数和三维渗流分析进行的超深基坑降水设计,结果更接近于实际,且有利于降低工程造价和基坑周边环境损伤,亦有利于节约宝贵的地下水资源。     

Evaluation of land subsidence by considering underground structures that penetrate the aquifers of Shanghai, China

Underground structures that penetrate into aquifers can cause groundwater-level drawdown and land subsidence. Numerical analyses, based on a three-dimensional (3-D) groundwater flow model incorporated with a 1-D consolidation model, have been conducted to assess the behaviour of seepage and effect on subsidence by considering underground structures in the multi-aquifer?Caquitard system of Shanghai, China. Two extreme scenarios were examined: (1) distributed underground structures, and (2) concentrated underground structures around the heavily urbanized area. In the first scenario, the aquifer with underground structures was substituted with another material that possessed a lower hydraulic conductivity, established using the effective-medium theory; when the ratio of the volume of the underground structures to that of selected aquifer layers??(1) low-pressure partially-confined aquifer (Aq02), (2) the first confined aquifer (AqI), and (3) the second confined aquifer (AqII)??increases by 10?%, subsidence increases by about 3, 3 and 32?%, respectively. In the second scenario, part of the aquifer material was directly replaced by the structure material (very low hydraulic conductivity). In this situation, when the ratio of the volume of the underground structure to the volume of aquifers Aq02, AqI or AqII increases by 10?%, subsidence increases by about 5, 8 or 20?%, respectively.     

Saturated and unsaturated River Nile/groundwater aquifer interaction systems in the Nile Valley, Egypt

Surface water bodies interact with underlying aquifer systems, creating a complex flow system and flow paths. In general, a surface water body may be classified as gaining, losing, or flow through on the basis of its interaction with the surrounding aquifer. In the Nile Valley, the quaternary aquifer system is in a direct hydraulic interaction with the River Nile, canals, and drains. In this study, a regional numerical model was developed and used to evaluate the interaction between surface water bodies and the quaternary aquifer system in the Nile Valley. The solution is considered for a quasi three-dimensional, steady-state groundwater flow. The model used simulates the interaction between surface water bodies and groundwater for saturated and unsaturated flow conditions. In addition, a hydrodynamic model was used to simulate different extreme (high and low) scenarios for Nile surface water levels along the distance between Old Aswan Dam and Delta Barrages. Model calibration shows close results, and the model was used to simulate surface water levels. Results indicate that the Nile River acts as a drain for the quaternary aquifer (gaining water from the aquifer), although in the reaches upstream of the main barrages, the Nile loses the water, recharging the aquifer. All other main canals are recharging the aquifer system. The seepage rate depends mainly on the difference in piezometric head between the aquifer system and surface water bodies, as well as the hydraulic conductance of the base layer sediments of the surface water body. The model was used to evaluate the regional water balance for the Nile Valley and to estimate the surface water bodies' gains and losses.     

天津市宁河县地下水安全AHP模糊评价浅析

由宁河县多年平均各含水组开采状况可知,第Ⅱ含水组开采比例占到了全县地下水总开采量的55%,开采强度在各含水组中也属最大,导致了该层地下水水位的持续下降,引起了地下水水质恶化、地下水资源枯竭、地面沉降等一系列环境地质问题。本文参考前人的研究成果,从地下水的安全内涵出发,构建了包括水质安全、水量安全、含水层安全和生态环境安全的4个一级评价指标,15个二级评价指标的地下水安全评价指标体系,建立了基于AHP的模糊综合评价模型,选取宁河县第Ⅱ含水组10个有代表性采样点进行安全现状分析,并在对地下水环境地质条件深入分析的基础上,量化了地下水安全评价分级标准,取得了与实际较为相符的结果。