基于微水试验倾斜承压含水层水文地质参数的推估

为了准确的推估出倾斜承压含水层的水文地质参数,有必要考虑倾角对于参数推估的影响.通过建立倾斜承压含水层微水试验的数学模型,利用理论和现场试验数据分析方法,得出倾角对导水系数等水文地质参数推估的影响.结果表明:低渗透条件下,倾角越大非振荡水位恢复速度越快;高渗透条件下,倾角越大振荡水位振幅越大.储水系数越大倾角上限越小,倾角影响越明显,而倾角上限对于导水系数的变化不敏感.根据该结论建立了无因次储水系数和倾角界限之间的经验方程,用于预测倾角是否会影响水文地质参数的推估.当实测倾角大于倾角上限时,倾角影响不可以被忽略,忽略倾角会导致导水系数估值偏高,储水系数估值偏低.      

基于广义径向流模型的非均质孔隙含水层井流试验分析

Theis模型、Dupuit模型等经典井流模型分析非均质含水层井流试验数据有一定的局限性,获取的参数不适合表征非均质含水层特性。而GRF模型可以获取含水层流动特性的数据。相比于Theis模型、Dupuit模型,GRF模型更能表征非均质含水层特性。以黄石东湖新村棋盘洲长江大桥的抽水试验数据为例,采用Theis模型和GRF模型计算含水层渗透系数,结合实际水文地质条件,对比分析不同方法计算的水文地质参数,并计算含水层水流维数和表观压力传导系数（K_f /S_sf）。结果表明:研究区含水层为细砂夹条带状黏土透镜体的非均质含水层,采用GRF模型计算结果更符合实际情况,渗透系数为 4.09×10?3cm/s;含水层水流维数为1.61,地下水为双线性流动状态,含水层对抽水试验的响应主要受黏土条带控制;观测井和抽水主井的K_f /S_sf呈非线性相关,进一步验证了含水层的非均质性。在非均质孔隙含水层中,应用多孔联合非稳定GRF井流试验方法不仅能确定水文地质参数,并且能丰富对含水层特性的认知。     

多尺度非均质多孔介质中溶质运移的蒙特卡罗模拟

探讨了将蒙特卡罗(Monte Carlo)方法应用于多尺度非均质含水层中溶质运移模拟的方法。所研究的含水层由两种具有不同渗透系数统计特征的多孔介质所组成,每一种多孔介质是非均质的,且其渗透系数场符合平稳假设,而整个模拟区的渗透系数是非平稳的。Monte Carlo方法要求参数是平稳的,因此,分别对两种多孔介质产生若干随机渗透系数场后,用两种方法进行组合,并进行溶质运移的模拟计算。通过对计算结果的分析,综合考虑计算精度、计算时间等因素,得出了处理多尺度非均质多孔介质中溶质运移问题的较好方法。     

非均质性对反求水文地质参数精确性影响研究

地下水文地质参数是衡量含水层导水性质和贮水性质的重要指标,是地下水资源评价的重要基础资料。本文利用GMS软件中的高斯模拟随机场生成不同非均质强度的含水层,对抽水试验进行数值模拟。利用得到的抽水实验数据,分别用解析法和数值法进行反求水文地质参数的计算。分析对比两种方法反求参数的精度,确定两种方法的适用性。结果显示:在反求参数的情况下,解析法要优于数值法;对于推算地下水的水头值时数值法要优于解析法。     

兖州矿区兴隆庄煤矿下组煤底板岩溶水参数计算及突水危险性评价

深部煤层开采存在来自底板的高承压奥灰岩溶水威胁,水头压力高,突水系数大。以兖州矿区兴隆庄煤矿为研究区域,对该矿下组煤第Ⅰ勘探区开展了井下孔组放水多孔观测的大型放水试验工作。基于孔组放水多孔观测试验结果,利用解析法计算了开采煤层底板含水层的水文地质参数;研究了疏水降压能否有效降低奥灰对17煤的突水系数问题。结果表明:在放水孔组区域存在不同方向上的水文地质参数;疏水降压的方式能有效降低放水孔区域奥灰对17煤的突水系数。     

熵权耦合随机理论在含水层非均质综合指数研究中的应用

传统模型主要侧重于通过含水层的某一单一属性来定性或半定量化表征其非均质性,无法对含水层综合非均质性进行定量描述。引入非均质综合指数(HSI)这一概念来定量化表征含水层多个属性的综合非均质性。其具体的计算过程主要包括以下3个步骤：利用Markov原理建立含水层沉积微相分布模型;通过相控建模原理,利用改进的序贯模拟法建立含水层属性参数分布模型;通过熵权法计算出上述各个含水层属性模型的权值系数,并根据此系数对模型进行叠加,从而求得含水层非均质综合指数。将该方法应用于华北平原栾城地区,对该区的冲洪积扇含水层非均质性进行研究,计算结果表明：沿滹沱河冲洪积扇半径方向的沉积微相变化平缓、含水层参数连续性较好,故其非均质性较弱,HSI为0.74~0.95;冲积扇相互叠加区域沉积微相变化剧烈,属性参数具有较强的空间变异性,故其具有强烈的非均质性,HSI为0.38~0.65,这表明在该研究区内沉积环境对含水层非均质性起着控制作用。非均质综合指数能够在考虑多项含水层属性的基础上,定量化表征含水层的综合非均质性及各属性对综合非均质性的影响,并为后续的污染物运移研究提供基础。     

地下水观测井井筒效应的多场耦合数值模拟

利用3种不同水流运移方程分别模拟井管附近不同区域的水流运动, 基于流量守恒原理实现不同流态区域边界的耦合, 建立了有代表性的观测井-含水层系统场景; 利用建立的耦合模型模拟了观测井-含水层系统中水头的分布, 基于模型模拟数据分析了观测井井筒存在对含水层局部水头分布及地下水水质采样和环境监测结果的影响; 还分析了地下水三维水流强度、观测井井径以及含水层介质参数等对井筒效应的影响规律: 井筒效应在粘土等渗透系数和比单位贮水系数相对较小的含水层介质中更为明显, 其影响随着三维水流强度及观测井井径的增加而增大; 进行了上述参数的敏感性分析, 指出对于同一参数其在不同区间的敏感性比例不同, 对于不同参数观测井井径的敏感性比例最大, 因此在地下水环境监测的工程实践中减小观测井井径是相对快速且有效提高监测和采样精度的方法.      

不同粗糙度的节理直剪颗粒流分析

利用二维颗粒流程序生成5种不同粗糙程度的节理模型,并对5种节理模型进行了5种不同法向恒定荷载作用下的直剪试验,从细观角度分析了不同粗糙程度的节理模型在法向荷载下的形貌损伤情况和裂纹演化机制。与此同时,分析了节理JRC值和节理面颗粒摩擦系数对节理抗剪强度影响,并反推出了节理面抗剪强度参数Cj与?j与JRC值的关系。结果为：法向恒定荷载越大时,节理峰值抗剪应力越大,剪胀现象越小,节理形貌损伤范围越大。随着剪切的进行,上下节理面接触范围减小,微裂纹开始主要沿节理面产生,随着剪切位移的继续增加微裂纹数量显著增加,并且不局限于节理面附近而深入到模型内部。随着节理粗糙程度（JRC值）和节理面颗粒摩擦系数的增加节理峰值抗剪应力也增大。节理抗剪强度参数Cj与?j随着JRC值的增大而增大。所得结果可以为室内试验和工程应用提供参考和依据。     

双重孔隙介质微水试验模型在倾斜裂隙含水层中的应用

试验场地内现场调查发现固结致密砂岩层中存在一个倾角47°的倾斜裂隙含水层。为了研究倾角所产生的影响,通过建立倾斜裂隙微水试验的双重孔隙介质理论模型,利用理论和现场试验数据分析方法,讨论倾角对水文地质参数推估的影响。结果表明:低渗透条件下,倾角越大非振荡水位恢复速度越快;高渗透条件下,倾角越大振荡水位振幅越大。裂隙渗透系数越小,母岩贮水率越大,双重孔隙介质特征参数越大时,倾角上限越小,倾角影响越明显。根据该结论确定出模型适用于倾角大于30°的裂隙含水层。忽略倾角会导致裂隙渗透系数估值偏高,母岩贮水率估值偏低,双重孔隙介质特征参数估值偏低。     

基于解析法和数值法的非稳定流抽水试验参数反演

含水层的水文地质参数是进行地下水资源计算、地下水污染防控等所必需的基础数据,结合数值模拟技术进行含水层参数反演很有必要.按照1:5万水文地质调查规范在江汉平原仙桃市杨林尾镇复兴水厂不同含水层位开展抽水试验,包括深层含水层单孔抽水试验以及浅层含水层中群孔(2孔)抽水试验.对于单孔抽水试验,应用第1类越流系统井流理论进行参数反演;对于群孔抽水试验,推导了特定综合井函数,并利用特定标准曲线匹配法和直线图解法求解了含水层参数.随后利用FEFLOW软件建立了相应数值模型,拟合了含水层参数.结果表明:浅层含水层的渗透系数变化范围为21.66~54.00 m/d,贮水率变化范围为1.28×10-5~8.00×10-4 m-1;深层含水层渗透系数变化范围为1.27~7.00 m/d,贮水率变化范围为3.90×10-6~5.00×10-6 m-1.对于深层承压含水层而言,越流补给量较大.采用数值模拟方法结合抽水试验数据求参,综合考虑了含水层结构,拟合效果好,所得结果更加可靠.      

黄河大堤非饱和土的三轴试验研究

利用特制的非饱和土三轴仪器,模拟实际工程中土体的受力条件,对黄河大堤非饱和土在不同围压条件下的土水特性以及非饱和土的强度进行了试验研究。试验表明：非饱和土基质吸力随着土体周围压力的增大而减小,随着含水率的增大而减小;非饱和土的有效摩擦角 值受含水量的影响不大。但总凝聚力 受含水率的影响较大,含水率越小,基质吸力就越大,总凝聚力亦越大。根据试验结果,提出了非饱和土的抗剪强度的拟合模型,该模型参数易于确定,与实测结果：拟合误差较小,满足非饱和土的强度计算精度要求。     

抽水含水层对非抽水含水层水位影响的效应分析

利用自动水位计记录的抽水试验过程中不同层位含水组之间的动态水位,分析了在抽水试验最初阶段时抽水含水组与非抽水含水组之间的水力联系。研究结果表明:(1)抽水含水层对非抽水含水层存在水位影响效应,在抽水初期,水位影响效应较大;当抽水含水层水位达到稳定或缓慢下降时,水位影响效应随之消失。(2)单位降深水位影响效应显示,上部含水层距离抽水含水层越远,水位影响效应越大;下部含水层距离抽水含水层越远,水位影响效应越小。(3)利用三维地下水流数值模拟方法和应力应变对含水层水位动态影响的原理对水位影响效应机理进行分析,发现水位影响效应与含水层的固体骨架压缩系数(α)、水体积压缩系数(β)、孔隙度(n)和边界控制系数(Cm)等参数有关。     

中主应力对硬岩破裂机制的影响

采用数值方法模拟硬岩的三轴压缩试验,应用4个本构模型,即Mohr-Coulomb模型、Drucker-Prager模型、应变软化模型及考虑变形模量劣化的应变软化模型,研究中主应力对均质及非均质硬岩破裂机制的影响。结果表明：不论是均质还是非均质岩体,中主应力对采用Drucker-Prager模型的岩体强度影响较大,而对采用其他本构模型的岩体强度影响不大;当非均质岩体采用Mohr-Coulomb模型或Drucker-Prager模型时,中主应力对岩体破坏过程影响不大,但对其破坏模式有较大影响;当非均质岩体采用应变软化模型时,中主应力对岩体破坏过程及其模式均有较大影响。针对工程算例,采用不同的本构模型获得的均质或非均质岩体强度相差很大,除Drucker-Prager模型外,同一本构模型的均质岩体强度远大于非均质岩体。实际工程岩体对中主应力的响应是不同的,故在地下结构设计过程中应根据岩体特性选择合理的本构模型以保证工程安全。     

江夏法泗岩溶塌陷区冲孔桩施工引发岩溶塌陷的成因机理

依托武汉市岩溶地面塌陷区监测系统,开展江夏法泗冲孔桩施工过程裂隙岩溶含水层的水位、水压力和影响半径等关键参数的动态监测,研究施工过程岩溶含水层水压力的动态响应,探讨其诱发覆盖层突然塌陷的成因机理,结果表明:在第四系孔隙承压水含水层施工时,对该含水层的影响较大,但水位变幅相对较为平缓;在碳酸盐岩裂隙岩溶水含水层施工时,由于含水介质的不均一性,未揭穿岩溶通道时,对岩溶水的影响较小;当揭穿岩溶通道时,岩溶水水位可能产生突增,此时,诱发岩溶地面塌陷的风险加大。      

振荡试验确定倾斜承压含水层水文地质参数

为评价振荡试验在获取倾斜承压含水层水文地质参数过程中含水层倾角对计算结果的影响,基于Kipp模型推导了考虑承压含水层倾角的振荡试验解析解模型。倾斜承压含水层量纲一贮水系数和量纲一导水系数不变条件下,测试井-含水层系统的量纲一阻尼系数随着倾角的增加而增加。修正模型计算的量纲一阻尼系数与Kipp模型计算的量纲一阻尼系数偏差10%以上时,必须考虑倾角的影响并且承压含水层倾角对水头响应曲线造成影响临界角度约为34°。修正模型和Kipp模型对现场振荡试验水头响应曲线分析结果的差异表明,忽略含水层倾角会对倾斜承压含水层导水系数和贮水系数的计算结果产生较大误差。     

陷落柱渗流突水机理及强度主控因素模拟

为了研究陷落柱影响区域内巷道渗流突水机制及其主控因素,采用Darcy、Brinkman、N-S方程对含水层、陷落柱、突水巷道内流场进行联动系统刻画,选取不同参数、不同边界等变量,分析影响陷落柱渗流突水强度的主要因素。结果表明:定压、定流量条件下,含水层渗透率增大会引起含水层和陷落柱交界处区域流速增大,但定流量条件下增幅较小,且会降低巷道突水流速;陷落柱渗透率的增大对突水压力和突水流速作用显著,定压条件下,随着陷落柱渗透率的增大,巷道突水流速骤增;含水层压力增高,陷落柱区域和巷道区域流速明显增大;在定流量边界下,随着陷落柱渗透率的增大,巷道突水流速仅发生微小波动;将研究结论与现有相关成果进行了对比验证分析,获得了与本文较一致的研究规律。总体分析,陷落柱影响区域巷道突水机理是含水层水压高、足量补水、陷落柱破碎区域渗透率较大且联通了含水层和巷道;其中,含水层压力、陷落柱渗透率是陷落柱渗流突水强度的主控因素。      

粉细砂含水层无填砾滤水结构试验研究

对双层多孔混凝土滤水管、无纺布包单层多孔混凝土滤水管、单层多孔混凝土滤水管等无填砾滤水结构进行了多方案室内模拟渗流试验,在方案比较的基础上,进一步做双层多孔混凝土滤水管实井验证试验,结果表明双层多孔混凝土滤水管是适宜陕北风沙滩区粉细砂含水层的理想滤水结构。     

渗透系数升尺度对非均质含水层溶质迁移影响研究

区域非均质含水层地下水污染物迁移模拟中尺度选择十分关键。以下辽河平原浑河洪积扇为例,依据钻孔资料用T-PROGS软件生成非均质渗透系数场,以此模拟污染物在三维非均质含水层中不同离散网格尺寸以及不同迁移模型条件下的迁移情况,结果表明不同迁移模型条件下网格尺寸大小对污染物迁移的影响较大,双域模型条件下污染物浓度穿透曲线出现明显的"拖尾"现象,穿透曲线"拖尾"转折点浓度与模型参数有关。在近源处网格尺寸的变化对双域模型的影响大于对对流—弥散模型的影响。     

基于砂槽电化学-水动力学循环系统氯代烃反应迁移实验与模拟研究

在室内砂槽实验尺度,建立了潜水-微承压含水层中电化学-水动力循环系统下混合氯代烃生物降解的反应迁移模型,求取了混合氯代烃体系中各组分的反应动力学参数,并基于模型探究了含水层性质及工艺参数对该修复过程的影响机制.研究结果表明:（1）增大抽水流量可加快反应速率常数大的污染物降解,同时也会抑制反应速率常数较小的污染物去除.（2）增大电流强度和井内电极对氯代烃的好氧降解和厌氧脱氯过程分别具有促进和抑制作用.（3）含水层非均质性越强,氯代烃降解速率越小,这尤其体现在低渗区,且含水层非均质性对易降解污染物修复效果的影响较小.      

基于水力层析法的某煤矿承压含水层叠加放水试验分析

水文地质参数是衡量含水层富水性的重要指标,其空间分布特征的准确推算,对于矿井突水灾害预报与防治具有积极意义。传统放水试验分析方法得到的是等效水文地质参数,不能准确刻画含水层的空间异质性。基于随时间变化的水头数据与水文地质参数的互相关分析,将水力层析法应用在陕西榆林柠条塔煤矿井下承压含水层叠加放水试验数据分析中,获得了研究区水文地质参数的空间分布特征。结果表明,工作面南北富水性差异大,涌水区位于强导水带上;从涌水区往北,导水系数和储水系数整体上逐渐减小;南部导水系数和储水系数均较大,属于富水异常区。研究表明,水力层析法是一种有效的非均质含水层参数识别的新技术,将井下放水视为针对含水层的刺激源,结合水头与水文地质参数的互相关分析,联合多个观测孔的水头响应数据,反演刻画研究区域的主要地质结构特征。在矿井水文地质条件分析中,预先采用水力层析法识别富水异常区域,可以有效降低突水事故风险。