基于随机介质理论的抽水地表变形时空耦合预测模型

抽取地下水引起的地表变形对地面建(构)筑物的正常使用和结构安全构成了严重威胁。深入研究抽水地表变形预测理论对于沉降灾害防治具有重要意义。由于土体模型选择和土工参数测定上的困难,基于比奥固结理论的数值求解方法在计算抽水地表变形上尚未取得理想效果。文章将随机介质理论与一维固结理论结合,建立了新的抽水地表变形时空预测模型。首先,利用一维固结微分方程,建立反映地面沉降时间效应的半经验计算模型;其次,在分析抽水地面沉降空间分布规律的基础上,利用随机介质理论研究抽水地面沉降空间分布特征;再次,综合考虑抽水地面沉降的时间效应和空间分布形态,建立抽水地面沉降的时空耦合预测模型及抽水地表倾斜、水平移动、水平变形、曲率的时空计算模型。利用这些模型计算地表变形共需5个计算参数,介绍了参数求解方法。最后,利用上述时空耦合计算模型预测某地单井抽水引起地表变形的时空规律。研究表明,所建立的抽水地表变形预测模型能准确地反映抽水地表变形的时空规律,能方便、快捷地预测地下水开采引起的地表变形。     

单井与群井结合抽水试验在地面沉降实测中的应用研究

以天津市某工程项目抽水试验数据为实测基本资料,目的是确定地基土的渗透性和富水性,计算含水层的水文地质参数,并实时监测试验期间地面沉降监测结果。结果表明,单井和群井抽水试验在抽水过程中,地面高程呈现出下降的趋势,累计达到最大沉降量,达到23. 57 mm,随着抽水时间较短和抽水时间较长等原因,在地面具有附加荷载时,沉降变大。因此,试验实时监测可以有效预防存在问题,为工程的设计与施工提供安全的风险控制。     

长江漫滩区明挖隧道基坑降承压水优化分析

现阶段,基坑降水设计多通过理论计算结合数值模拟进行,然而,在保证安全的前提下,总抽水量仍具有优化空间。基于此,以江阴靖江长江隧道江北明挖基坑第二承压含水层降水施工为例,采用线性规划与数值模拟相结合的方法,在利用抽水试验反演渗透系数的基础上,通过数值模拟获取了构建线性规划模型的主要参数,求解了总抽水量最小时需开启的井点及对应抽水量,并与实际施工进行了对比。结果表明,在构建线性规划模型时,考虑的井数越多,管井位置越合理,得到的总抽水量和降深通常越小;对于开挖深度渐变的明挖隧道基坑,在挖深大区段抽水效率最高,此时挖深较浅区段的降水需求可能自然得到满足;降水优化可大幅降低开启井数、总抽水量和环境影响。     

抽水蓄能电站地下厂房围岩约束及结构振动特性分析

为了掌握抽水蓄能电站地下厂房结构围岩约束条件、振动特性及评价标准,采用电测法对国内某大型抽水蓄能电站地下厂房结构的模态和动力响应进行了有限元计算及现场振动测试与分析。根据上下游边墙与围岩之间不同的约束条件,建立了4种有限元模型。通过有限元模态计算结果与现场模态测试结果对比分析发现:抽水蓄能电站地下厂房结构进行有限元模态计算时,比较合理的计算条件为厂房边墙边界节点与围岩法向接触,法向共同变形,切向不约束;围岩变形模量按Ⅲ类围岩选取,取变形模量为10GPa,泊松比为0.25;混凝土弹性模量应按动弹性模量计算。通过地下厂房结构的动力响应测试发现:出现位移最大值的工况主要为发电开机或发电停机工况,说明发电开机和发电停机工况是抽水蓄能电站正常运行时地下厂房结构振动最不利工况,该电站发电开机和发电停机工况引起的振动对地下厂房围岩稳定并无影响,地下厂房围岩处于安全状态;厂房结构振动响应的频率主要是0.5、0.75、8.25 Hz等低频成分,这些低频分量可能是尾水管或蜗壳内水流脉动压力及机组基本转频或其倍频的频率成分,说明抽水蓄能电站地下厂房结构的振动响应主要是由水流脉动和机组转频所引起。通过对地下厂房结构进行安全评估分析,建议以0.2 mm和0.8 mm分别为抽水蓄能电站正常运行时地下厂房楼板在稳态工况和瞬态工况下的振动控制评价标准,该电站地下厂房结构的抗振性能基本满足安全要求。上述模态和动力响应的有限元计算及现场振动测试与分析结果,弥补了国内抽水蓄能电站地下厂房结构基于现场振动测试研究的不足,为抽水蓄能电站地下厂房结构抗振设计及振动安全评价提供了参考依据。     

北京市裕龙大酒店京热118~#成井工艺

北京市裕龙大酒店京热118号井成井水量(自流)50m3/h,泵抽水量100m3/h,井口水温65℃,填补了北京市西部地热井开发的空白。介绍了该118号井施工中的设备选型、钻遇地层等,总结了其钻进方法、护壁措施、孔斜预防及抽水试验等工艺方法,对今后该类井的施工具有一定意义。     

抽出-处理技术抽出污染地下水——抽出效率及抽出终点

针对抽出-处理技术修复污染地下水过程中抽水井抽出效率随时间逐渐降低、抽出-处理技术运行终点（以下简称"抽出终点"）难以确定的问题,提出通过评估抽水井抽出效率,以分段、多次优化抽水方案提高抽出效率、降低修复成本、减少修复时间为工作思路,利用层次分析法和专家打分法实现方案优化时间节点选择。以青海某铬盐厂为例,通过建立抽水方案优化时间节点评价指标体系,可定量分析方案优化时间节点,合理确定抽出终点。结果显示：第1次优化结果为抽水井抽出效率在20%~40%时应重新布设抽水方案（P₃）,即采用原抽水方案抽水100 d后需重新布设抽水井;第2次优化结果为抽水井抽出效率在20%~40%时应与其他修复技术联用（P₇）,即采用一次优化后抽水方案继续抽水300 d后需联合其他修复技术开展治理。经评估,2次优化可有效提高抽水井抽出效率,使修复时间缩短600 d,相同时间内含水层中六价铬去除率增加8.31%。     

某地下空间承压含水层抽水试验及成果分析

由于地下水突涌风险,地下空间在施工作业中有必要通过抽水试验确定承压含水层的水文地质参数。依据勘察报告的初步评价,基坑开挖15.5m时,场地内第⑦1层承压含水层有可能产生突涌,为确保工程安全施工,需开挖前进行承压含水层抽水试验,取得场地承压含水层水文地质参数及降水引起的沉降特征,为地下空间设计和施工提供可靠依据。本次布设抽水井、观测井、分层沉降标组、孔隙水压力观测孔及地面沉降观测点,依据抽水试验技术要求获取渗透系数、抽水影响半径等相关水文地质参数。最后,针对工程场地内承压水情况及特点进行分析,提出基坑开挖时的承压水降压建议方案。     

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。     

浅层地下水开采对高速铁路路基的影响

地下水开采造成的地面沉降会使高速铁路路基产生较大变形,进而影响行车安全。为研究在高速铁路附近开采浅层地下水对路基变形的影响,本文结合土体渗透固结理论,利用有限元软件ABAQUS建立三维流固耦合模型,系统分析不同抽水速度和与抽水井不同距离条件下的路基变形。分析结果表明:抽水速度和抽水井距离对高速铁路路基的变形具有显著影响。当抽水速度一定时,路基的变形随着与抽水井的距离增大而减小;当与抽水井的距离一定时,路基的变形随抽水速度增大而增大。故为减小地下水位下降对路基的影响,应严格禁止在铁路附近增加新的开采井,严格控制在影响范围内开采地下水。     

多层含水层系统水文地质参数计算

为求取含水层水文地质参数,常用的试验方法是抽水试验。在进行抽水试验时,经常有越流现象,计算时一般采用越流模型计算。越流模型假定非抽水含水层的水位恒定不变,但在实际抽水过程中,抽水含水层和非抽水含水层间通过越流相互影响、相互作用。如果只考虑抽水含水层的水位变化而不考虑非抽水含水层的水位变化,会导致计算的水文地质参数不准确。实际工作中,有时会在非抽水含水层中布置一口观测井来观测抽水含水层抽水时对非抽水含水层的影响。如果采用多层含水层系统模型的方法,即可利用各含水层观测井中的数据计算出每个含水层和相关弱透水层的水文地质参数,提高参数计算精度、节省资金和工作量。     

再谈反向抽水问题

已有人撰文指出,抽水试验的顺序应采用自上而下的正向抽水,而自下而上的反向抽水不可取,会造成失误。然而第六次优质地质报告评选中,有7件专业水文地质报告仍采用了反向抽水或跳跃式抽水,其中有群孔、有孔组、有单孔;有在第四系松散含水层中抽水的,也有在基岩裂隙和岩溶含水层中抽水的。群孔抽水出现观测孔曲线反常的地质报告就有3件。     

弹塑性变形条件下抽水引起的地面沉降三维数值模拟

基于部分耦合原理,采用TOUGH2和FLAC3D建立抽水引起的三维地面沉降弹塑性模型,模型中综合考虑土体的弹塑性变形特征、渗流-应力的双向耦合作用以及参数的非线性,探讨了持续抽水和脉冲抽水两种抽水过程中地面沉降发展演化过程。研究结果表明:（1）集中抽水停止后地面沉降会发生回弹,抽水中心沉降量不断减小。由于水平方向存在水力梯度,地下水继续向地下水位漏斗中心渗流从而导致沉降漏斗的范围仍继续扩大;（2）脉冲抽水导致土体的孔隙水压力、渗透系数以及沉降量均呈周期性波动变化,地面沉降会局部回弹,但总体仍随着抽水的持续,沉降量不断增加;（3）在抽水量相同前提下,对比持续抽水与脉冲抽水两种方式引发的塑形沉降量可知,抽水速率小、脉冲式多次开采导致的塑性沉降量较小,持续抽水的抽水速率越小、脉冲抽水间隔越短越有利于控制地面沉降。研究成果为地面沉降数值模拟提供了一种新方法,其中算例研究能为抽水条件下地面沉降的控制提供参考。     

基于大口径稳定流抽水试验的基坑降水方案设计

正近年来,随着长江沿线城市基础设施建设步伐的不断加快,基坑深度也在不断增加,高水头承压水深基坑问题亟待解决。在勘察过程中,一般采取大口径多井、群井稳定流抽水试验,获取承压含水层准确的水文地质参数,以防止基坑突涌、管涌等事故的发生,这对基坑的安全建设具有重要意义。本文以江阴—靖江过江通道北岸盾构井工程抽水试验为例,开展多井(一抽多观)与群井(多抽多观)承压水稳定流抽水试验,对基坑底部Ⅱ层承压含水层进行研究,     

周期性开采和回灌条件下浅层地下水位变化特征研究——以天津滨海新区为例

针对天津滨海新区进行的周期性抽水与回灌试验,根据抽水试验计算了含水层的渗透系数和抽水的影响范围,并据此分析了抽水与回灌试验的叠加效应;根据实测数据分析了抽水回灌周期、流量、不同采灌方式等因素对地下水位埋深的影响。不论是连续式还是间歇式的周期性抽水与回灌方式,产生的地面沉降量都很小,并且间歇式周期性抽水回灌方式优于连续式周期性抽水回灌方式。试验结果表明采用周期性抽水与回灌的方法建立人工渗流场可有效减小地源热泵工程中的地面沉降。     

抽水试验中最大降深与其影响因素的关系初探

在抽水试验中,观测孔的最大降深与很多因素有关,比如地层渗透系数、观测孔与抽水孔的距离、抽水孔的抽水量等.本文通过对山东省泰安新泰市汶南镇某村不同井距、不同流量抽水对比试验,获得流量一定,井距越大,最大降深越小;井距一定,抽水量越大,最大降深越大的关系特性,并由此总结出该抽水试验最大降深分别与抽水量及井距有较好的线性关系;利用spss软件较好的给出了山东省泰安市新泰市汶南镇某村最大降深与抽水量及井距之间的线性回归方程Smax=3.580+0.102Q-0.066L,对山东省新泰市汶南地区野外抽水试验提供了参考依据.     

岩溶地区破坏性抽水致塌试验研究--以广西桂林西城区为例

采用定流量抽水和间歇性波动式抽水两种抽水形式，在岩溶塌陷地区进行了破坏性抽水致塌试验，为了对比，还进行了饱和土体与非饱和土体的抗塌试验；通过钻探及变形测量，分析研究了人为抽水引起岩溶塌陷的基本特征、影响因素、影响程度及抽水致塌机理。试验结果证实：①间歇性抽水比持续抽水更容易产生塌陷；②间歇性抽水引起的塌陷范围较持续抽水的影响范围更广；③间歇性抽水试验所排出的地下水中泥沙含量更大。介绍的试验结果对类似地区岩溶塌陷灾害机制的分析以及治理对策的提出具有参考意义。     

人工料场的开挖及安全防护措施

结合宝泉抽水蓄能电站龟山石料场开挖施工，介绍了料场开挖施工方案和道路选择，以及相应的施工安全防护体系。     

关于分层抽水试验的技术改进

为了监测不同含水层的水质情况,需要进行分层抽水工作,通过研制新型的分层抽水装置,对分层抽水试验进行技术改进,达到简单、可靠、实用的目的。详细介绍了分层抽水装置的结构原理。     

岩溶塌陷易发区地下水安全开采控制——以珠三角广花盆地城市应急水源地为例

以珠三角广花盆地城市应急水源地为例,通过野外现场抽水和室内临界水力梯度试验对比,分析了地下水安全开采的控制条件。结果显示:广花盆地的岩溶塌陷是可通过控制水位降深等方法进行防控的,当地下水开采水位降深控制在9 m以内时,可大幅度降低岩溶塌陷概率。该结果可直接作为企业进行地下水安全开采的控制性指标和政府管理部门安全管控的决策性指标。由于地质条件的差异性,在实际开采地下水过程中,不能机械地依赖单一的地下水水位降深控制指标,应根据抽水影响半径以及各地不同的临界水力坡度分地段控制地下水位降深,或者改变开采方式,以达到充分利用地下水资源的目的。建议在实际抽水期间制订突发灾害预案,加强地下水监测工作,实时掌握地下水和其他影响因素变化动态。      

潜水泵在抽水试验中的应用

以往我队在各矿区水文地质抽水试验中均使用空压机抽水，劳动强度大，拆接、安装费时费力，而且抽水时不能保证一次成功。后来在龙桥矿区试用潜水泵抽水。通过比较认为：使用潜水泵抽水不但能提高抽水工作质量，而且能大幅度地降低抽水成本，提高工作效率，减轻工人劳动强度，加快施工进度。