负压环境下新型地下水位测试装置研发

现行负压环境下的地下水位测试方法均不能正确反映真空预压条件下地基中的地下水位变化情况。鉴于此,先深入分析了现行负压环境下地下水位测试方法的局限性,然后详细地介绍了一种负压环境下新型地下水位测试技术,即闭口测压管法-激光测试法,最后依托实际工程进行了现场试验研究并验证了其合理性。研究结果表明:现行闭口测压管测试法均存在一定的局限性,主要体现在两方面:(1)测试装置均非常复杂,不便于现场安装埋设;(2)测试结果的影响因素较多,测试结果均不能代表真空预压条件下地基土体中地下水位的真实值。文中提出的新型测试技术,即闭口测压管测试法-激光测试法是基于激光测距原理进行测试的,其方法简便、成本低、结果直观。现场试验结果表明:真空预压条件下,地基中的地下水位总体上随地基的沉降而下降,且总的下降幅度稍大于真空预压期间地基的固结沉降值;激光测试法能正确反映真空预压条件下地基中的地下水位变化情况,有助于对真空预压加固效果进行正确评价和分析。     

真空预压条件下地下水位和出水量现场测试研究

为研究真空预压期间地下水位和出水量的变化规律,采用研发的新方法对地下水位和出水量开展了现场监测,并对测试结果进行了分析。分析结果表明,真空预压初期加固区内地下水位下降较快,之后处于相对稳定下降状态,停止抽真空后地下水位快速回升。在此期间,加固区外的地下水不断向加固区内渗流补给,形成了一个以加固区为中心一定范围的降水漏斗,直至加固区内外水位趋于动平衡为止。塑料排水板对真空预压条件下地下水位的变化影响显著。真空预压初期平均出水量较大,随后迅速减少并趋于稳定,加固区中央区域出水量要大于边缘区域出水量。     

抽水井周围饱水介质场三维水位动态观测及地下水流运动特征

利用设计建造的抽水试验装置,采取多项潜水及承压水的抽水试验,获得大量的抽水井周围饱水介质场三维动态观测数据。试验发现：无论是潜水还是承压水状态,抽水井附近观测井的水位变化,均具有距抽水井愈远愈高、愈近愈低的漏斗状分布,抽水井附件的地下水位降落漏斗是显著的;同时发现每个观测井不同高度上的观测点的水位,均呈现上高下低的特征,说明地下水具有由上到下的运动分量,地下水由周边的供水边界向抽水井聚集运移时,运动方向是下斜向的,潜水如此,承压水也如此。分析认为,这是水头压力与水体自身重力同时起作用的结果。由此推断,在抽水时,靠近承压水含水层顶板存在强势水流,且越靠近补给源,这种强势水流越强。     

华北东部平原深层抽水井水跃值计算方法及其规律研究

文章分析了目前常用的几种水跃值计算方法的适用性与不足,认为在华北东部平原地下水位变化强烈的漏斗区,这些方法均难以应用。同时提出了C—G法,即一次定流量抽水同步观测抽水井和观测井的水位,合理地解决了区域背景水位对水跃值计算的影响。研究表明,与修正后的多次定流量试验法——两次定流量抽水法相比,C—G法计算结果可靠。然后探讨了如何间接获取抽水期间抽水层区域背景水位动态资料的方法,校正背景水位波动对抽水水位的影响,采用自动水位计(DIVER)同步监测井中大气压对地下水位的影响。最后分析水跃值随时间和抽水井水位降深的变化规律。     

真空堆载联合预压加固软基中孔隙水压力消散规律研究

通过实测资料分析了真空堆载联合预压中不同深度的孔隙水压力、超孔隙水压力、相对超孔隙水压力随时间的变化规律,并对孔压变化的原因进行了微观解释。结果表明:(1)处理区外侧,孔压变化主要由地下水位下降引起,受真空影响较小;(2)在处理区内,孔压变化受真空负压、土体渗透性和堆载荷载的影响。真空作用下的渗流是孔压消散的主要方式,土体渗透性的强弱影响着孔压消散的速度,消散的孔压转化成有效应力,促使土颗粒移动,对孔隙水产生挤压,这使孔压消散呈脉动性特征。     

水位涨落对库岸滑坡孔隙水压力影响的非饱和渗流分析

以某水库库岸滑坡为工程背景,根据饱和-非饱和渗流控制方程,针对不同滑坡体渗透性和库水位升降速率,研究库水位变化条件下滑坡体内孔隙水压力的动态响应,得到：(1) 水位升降时,在相同的入渗条件下,饱和渗透系数对初始地下水位有明显的影响;增大饱和渗透系数能降低地下水位,使地下水位线变得平缓,滑坡体的动、静水压力减小,有利于稳定;(2) 增加库水位升降速率,地下水位响应滞后变得显著,地下水位线形态整体变陡,滑坡体的动水压力增大,不利于边坡稳定性。     

水位波动下路基湿度动态响应及地下防排水模型试验研究

设计加工了室内路基防排水模型试验系统,进行了地下水位波动影响下的路基水分迁移及地下防排水的室内试验研究。通过改变地下水位高度,研究了无任何隔水措施、加入普通砂垫层及新型防排水材料作为地下防排水基层工况下路基湿度的动态响应,评价了公路路基地下防排水基层的防排水效果。试验结果表明,在地下水位的波动影响下,近地下水位的路基湿度不仅随着地下水位的变化作相应的变化,上部土体湿度因毛细作用的存在也有较大幅度的增加,当地下水位较低时,砂垫层起到了较好的防排水效果;而当地下水位较高时,砂垫层内部的毛细水上升高度大于砂垫层的高度,路基湿度产生较大变化;新型的防排水材料能有效阻止毛细水进入路基内部,具有较好的防排水效果。     

真空排水预压工程中真空度的现场测试与分析

在分析真空和负压基本物理概念的基础上,总结了真空排水预压工程中真空度现场测试技术和应用现状。通过室内试验及工程实践证明,真空排水预压情况下,地下水位以上的软粘土仍是饱和的,因此,对地下水位以上真空度测点,真空表读数实际反映的是该处的孔隙水压力;而对地下水位以下的真空度测点,真空表读数无意义。     

真空联合堆载预压加固含承压水软基中水位和出水量变化规律研究

对含承压水地层的真空联合堆载预压地下水位和出水量变化进行了分析和研究。现场测试结果表明,（1）撕膜和非撕膜的塑排板施工工艺能有效防止承压水贯通,真空联合堆载预压加固软基效果较为明显;（2）联合预压期间地下水位相对稳定,最大水位下降值为1.8 m,工程后期SW2水位上升约1.0 m,说明加固区局部已贯通承压水层;（3）加固区内外承压水水位变化具有类似的规律,加固区内外水位变化分别受真空度分布和降雨的影响;（4）抽真空初期出水量较大,随着抽真空时间增加出水量迅速减小,在工程后期单泵出水量小于同一地区相同工法加固深厚软基的单泵出水量,说明研究区真空联合堆载预压并未完全贯通承压水地层。     

真空预压中真空度与孔隙水压力的关系分析

真空度与孔隙水压力是两个不同的概念,在土体中某点真空表测试的真空度与测点处的孔压差并不相同,但它们有着内在的联系。根据气体状态方程和平衡方程,推导出在某点真空表反映的真空度值与孔压计反映的孔压差的理论关系式。测点在地下水位以上时,两者的测试结果是一致的;测点在地下水位以下时,真空度小于孔压差,两者可按公式进行换算。测试结果表明：现场实测结果与理论计算结果基本吻合,证实了理论推导的正确性,也说明了真空表内真空度与孔隙水压力的关系。     

苏州城市规划区Ⅱ承压水开采与地面沉降预防控制研究

在孔隙承压水开采与地面沉降的关系上存在2种观点。水、土应力平衡理论认为：只要开采承压水，就会引发应力失衡并导致地面沉降；而水、土动态平衡理论则认为：除非开采水压力至水、土应力平衡面以下，否则不会引发地面沉降。苏州城市规划区第Ⅱ承压水开采水位与地面沉降动态观测表明，在-33m处存在一个天然动态水、土应力平衡面。第Ⅱ承压含水层形成后，经上覆堆积物自重压力长期压缩作用，其水压力具较高的压强．这种天然状态下产生的弹性释放储存量可开采利用多少，取决于开采状态下水、土应力平衡时可消耗压力水柱高度中的水头值。因而地面沉降的根本原因是开采水位超过了-33m，突破了天然状态水、土应力平衡面水位。Ⅱ承压含水层在天然状态受上覆堆积物重力产生的高压强弹性释放储存量现象，可以帮助我们确立该地区孔隙Ⅱ承压水开采不产生地面沉降的临界水位(水、土应力平衡面)。这一点对承压水开采条件、可开采资源性质具有重大实际意义。同样可以应用于饱受地面沉降困扰的无锡、常州及周边地区，为地下水开发利用政策由单一的封井停采转为目标水位控制开采提供了科学依据。同时也为此政策在承压水动力学机制上找到了内在原因。     

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。     

真空预压法加固吹填土的孔隙水压力试验研究

利用真空预压法处理吹填土时,孔隙水压力变化常常反映土体固结程度的好坏。通过6个模型箱试验,监测不同排水系统下孔隙水压力变化,确定有效排水体间距。研究发现0.4m间距的土内孔压下降效果比0.8m间距的土内孔压下降效果好;排水体内的孔隙水压力与排水体类型有关,且距离排水体10 cm处土体内的孔隙水压力仅为排水体内孔隙水压力的1/2弱;滤膜排水系统中的吹填土孔隙水压力下降幅度最快,B型排水板系统次之,而砂井系统最慢。另外,对于吹填土而言,排水体有效间距介于0.4m与0.8m之间,其中滤膜的有效间距最大,B型排水板次之,砂井远小于前两者。     

考虑水位和孔压影响的基坑抗隆起稳定性上限分析

分析了基坑围护墙内外水位和孔压的分布规律,基于极限分析上限定理,将孔压做功作为外力功代入上限定理能量平衡方程,选用Prandtl滑动模式建立了考虑地下水位和孔压影响的基坑抗隆起分析方法及其验算公式。通过该计算方法对坑外水位、土体强度、硬土层深度和基坑开挖宽度等参数的影响分析以及工程实例的对比计算,验证了公式的适用性。分析结果表明,基坑内外水位和孔压变化以及地下水渗流对抗隆起稳定性产生重要影响,地下水是影响基坑稳定性的一个重要的不利因素。与经典的Terzaghi、Bjerrum和Eide方法以及Chang方法相比,该分析方法可以考虑坑内外水位和孔压对抗隆起稳定性的影响,为软土地区基坑抗隆起稳定性分析提供了合理的计算方法。     

越南金瓯化肥项目真空预压监测成果分析

越南金瓯化肥项目软基采用真空预压法处理,在预压过程中采用了膜下真空度、地面沉降、分层沉降、地下水位、孔隙水压力、深层水平位移等多种监测方法。对监测目的、方法做了介绍,根据监测的数据预测了最终沉降,计算了固结度,为卸载提供了依据。     

顶管施工对土体影响的现场试验研究

通过对顶管工程的现场试验,得到了顶管施工对土压力,孔隙水压力,水位以及深层土体位移和地表位移的影响,从中得出了顶管施工对土体扰动的大小及其扰动范围的规律,并从理论上分析了原因,为顶管工程的应用提供了参考。     

吹填土自重沉淤阶段孔隙水压力消散的试验研究

利用真空预压法处理吹填土时,细颗粒常堵塞排水管,导致土体排水不畅。为提高吹填土固结效率,采用自重沉淤排水与加负压排水固结相结合的方式在室内进行吹填土固结试验。试验第一阶段用排水管作为吹填土自重沉淤的竖向排水通道;第二阶段以装入中粗砂的排水管作吹填土排水通道,同时也是压力传递通道。试验监测到吹填土固结过程中不同位置孔隙水压力的变化,通过监测数据着重研究自重沉淤排水阶段吹填土的固结规律。借助渗流平衡方程确定吹填土在自重沉淤阶段孔隙水压力变化主要由排水管中水位、单位土面积控制,解释自重沉淤阶段孔隙水压力变化机理。同时,为了减小由于排水距离远近造成的固结不均,利用自重沉淤与加压固结结合的方法使吹填土达到较为理想的固结效果,将砂井设计理论与孔隙水压力变化曲线相结合确定排水管有效排水范围等效直径,为实际工程提供排水管间距的设计参数。