基坑止水帷幕對(duì)含水層滲流作用的計(jì)算方法研究.pdf

1、本研究針對(duì)基坑工程中承壓含水層內(nèi)懸掛式止水帷幕下基坑內(nèi)降水井抽水引起的安全與環(huán)境保護(hù)中的問(wèn)題，采用理論分析、數(shù)值模擬、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證反分析等方法深入地探討了止水帷幕對(duì)地下水滲流場(chǎng)阻擋作用的發(fā)生機(jī)理。提出止水帷幕兩側(cè)水位差的計(jì)算方法，止水帷幕作用下承壓含水層抽水效應(yīng)的簡(jiǎn)易分析以及止水帷幕作用下水文地質(zhì)參數(shù)的確定方法。建立三維流固耦合模型，深入探討基坑開挖面上方止水帷幕局部滲漏和基坑開挖面下方止水帷幕整體均勻滲漏、局部滲漏對(duì)滲流場(chǎng)及地表沉

2、降的影響。本研究的主要?jiǎng)?chuàng)新性成果如下：
　　(1)提出了考慮承壓含水層各向異性的止水帷幕兩側(cè)水位降深差的計(jì)算公式。建立了止水帷幕不同含水層插入深度時(shí)的三維有限差分模型，分析抽水穩(wěn)定后承壓含水層豎向不同深度水位降深的分布規(guī)律。結(jié)果表明：①止水帷幕底部上方，水位降深隨深度變化較快；止水帷幕下方，水位降深隨深度變化較小。②在基坑內(nèi)，離含水層頂板越近，水位降深越大；在基坑外，離含水層頂板越近，水位降深越小。通過(guò)對(duì)數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行分析，建立

3、了止水帷幕兩側(cè)水位降深差的計(jì)算公式。
　　(2)提出了止水帷幕作用下承壓含水層單井抽水的簡(jiǎn)易分析模型。根據(jù)達(dá)西定律和水量守衡原理，推導(dǎo)出了基坑外地下水通過(guò)止水帷幕下方進(jìn)入基坑時(shí)，基坑內(nèi)外地下水位分布的解析解，同時(shí)引入上述(1)中的分析結(jié)果，對(duì)解析計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了修正，提出了止水帷幕作用下承壓含水層單井抽水的簡(jiǎn)易分析模型。該簡(jiǎn)易模型可計(jì)算承壓含水層抽水時(shí)，由抽水井到基坑外任一點(diǎn)剖面上任意位置處的水位。
　　(3)提出了止水帷幕下

4、水文地質(zhì)參數(shù)的計(jì)算方法。建立了止水帷幕不同深度下的三維有限差分模型，分析基坑內(nèi)外水位降深隨時(shí)間變化特征。結(jié)果表明不同止水帷幕作用下水位降深隨時(shí)間的變化分可為四個(gè)時(shí)段，且不同時(shí)段持續(xù)時(shí)間與抽水井完整性、承壓含水層的厚度、止水帷幕插入承壓含水層的深度及抽水井過(guò)濾器長(zhǎng)度密切相關(guān)。基于此提出了止水帷幕作用下基坑內(nèi)抽水時(shí)水文地質(zhì)參數(shù)(導(dǎo)水系數(shù)、滲透系數(shù)、儲(chǔ)水系數(shù))的解析算法。第三時(shí)段的觀測(cè)井水位降深資料可計(jì)算出含水層的導(dǎo)水系數(shù)，第二時(shí)段的水位降深

5、曲線中直線段延長(zhǎng)線與橫坐標(biāo)軸的交點(diǎn)可計(jì)算含水層的儲(chǔ)水系數(shù)。
　　(4)建立了基坑止水帷幕滲漏的三維有限元模型分析止水帷幕滲漏對(duì)環(huán)境的影響。首先，引用計(jì)算隧道滲漏的自定義滲漏單元模擬止水帷幕滲漏面積較小的點(diǎn)狀和線狀滲漏現(xiàn)象，采用實(shí)體單元模擬滲漏面積較大的局部滲漏和整體均勻滲漏現(xiàn)象。其次，建立了考慮土體非線性的流固耦合模型，分析了基坑開挖面上方及下方的局部滲漏和整體滲漏對(duì)地下水位和地表沉降的影響。分析中考慮滲漏位置滲透性、滲漏長(zhǎng)度、滲

6、漏面積、滲漏點(diǎn)縱向位置、土層特性、止水帷幕插入承壓含水層深度等因素的影響，模擬結(jié)果表明：①止水帷幕的滲漏改變了地下水流滲流方向，引起坑外地下水位的下降，使地面發(fā)生附加沉降。②滲漏量、地下水位及地表沉降與止水帷幕滲漏位置滲透系數(shù)、滲漏長(zhǎng)度、滲漏面積、土層滲透性、各向異性及變形模量有關(guān)；③同一含水層內(nèi)，開挖面上方的滲漏越靠近含水層底部，滲漏引起的地表沉降量越大；開挖面下方的滲漏越靠近抽水井過(guò)水?dāng)嗝?，滲漏引起的地表沉降量越大。
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