基于渗流-管流耦合的临江地下渗流管设计

临江地区汛期地下水位与江水水位差距较大,地下结构的兴建破坏了含水层自然渗流场,使地下水渗流不畅,影响海绵城市与韧性城市建设效果。为修复以深基坑为代表的不透水结构对地下水的阻碍影响,引入渗流-管流耦合模型方法和管流等效渗透系数概念建立了地下结构渗流有限元模型,并以地下水渗流总量为评价指标,探究地下渗流管不同设计参数对地下水渗流修复效果的影响。结果表明:地下渗流管的合理布设有利于恢复地下结构区域的地下水渗流总量,采用密集排布、合理管道长度和半径的地下渗流管使得地下结构对地下水单位时间的流量削减率由4.33%降低至2.42%,表明地下渗流管具有较好的恢复自然渗流的效果。

地下渗流场对中深层水平井同轴套管取热性能的影响

为提高中深层地热井取热效率,设计了一种水平井同轴套管换热器,考虑地下渗流场作用,研究了渗流速度、渗流方向、水平段长度等因素对水平井同轴套管换热器取热性能的影响。结果表明:水平井同轴套管换热器的出口温度和取热功率比传统垂直井同轴套管换热器提高了12.6%和42.9%;间歇开采工况下取热系统的出口温度降幅较小,且地层温度恢复更好;当含水层的渗流速度大于5×10^(-8)m/s时,系统出口温度高于无含水层,渗流速度过低不利于地热井取热;渗流方向垂直于水平段,对系统取热性能的提升效果强于与水平段同向工况;适量增加注入流量、降低注入温度、增加水平段长度,可有效提高地热井取热量。

不同胶结度的饱和土壤孔隙尺度结构对地下水渗流特性的影响

饱和土壤中地下水渗流过程的研究在诸多领域具有重要意义,土壤孔隙尺度结构差异对地下水渗流特性有显著影响。土壤颗粒胶结度是土壤的基本属性之一,但是目前针对不同胶结度的土壤孔隙尺度结构差异对地下水渗流影响的研究尚少。采用整体重排算法构建不同胶结度的土壤介质孔隙尺度结构,基于此运用有限元软件模拟介质中地下水渗流过程开展相关研究。结果表明:土壤颗粒胶结度对饱和土壤中地下水渗流具有显著影响。随着胶结土壤颗粒百分数Pc从0增至60.20%,流场的变异函数增大了70.15%(从1.233到2.098),即随着胶结度增大,流速空间非均质性显著增强。此外,沿地下水主要流动方向和垂直于主要流动方向上的流速概率密度分布函数均越来越发散。流速接近平均流速的区域减少,不流动区、优势流区同时显著增大。当Pc从0增至60.20%时,地下水中不流动区比例增大了23倍(从2.06%到48.31%),而优势流区比例增大了将近9倍(从0.27%到2.41%)。当平均流速不同时,渗流特征的以上变化趋势保持不变。此外,本研究发现不同胶结度介质间的孔隙尺度结构差异正是引起地下水渗流特性发生上述变化的内在原因。

渗流对粉质黏土地基地下结构浮力影响的数值模拟研究

为研究城市地下空间大量开发所导致的地下结构抗浮问题,以长春地区广泛分布的粉质黏土为研究对象,针对潜水渗流这种较为常见的地下水渗流形式,采取理论分析和FLAC 3D数值模拟相结合的方法,研究了潜水下渗情况下,地下水的渗流特征以及其对建筑物现场孔隙水压力的影响,并进行弱透水粉质黏土的层厚、水力梯度等其他影响因素的分析。结果表明:弱透水粉质黏土基底上孔压的大小和基底处于弱透水层中的位置有关,愈接近弱透水层底部,孔隙水压力愈小,地下结构所受浮力亦愈低。承压水含水层上渗情况,基底处孔压主要由下承压水水头决定,基底上孔压与承压水水头呈线性增长。研究成果可为长春地区粉质黏土地基地下结构的抗浮设计提供一定的借鉴。

城市轨道交通车站基坑围护结构渗漏点对其周边地下水渗流场变化规律的影响

[目的]在地下工程施工事故诱因中,大约20%的基坑事故是由围护结构渗漏水引起的,围护结构渗漏水会造成基坑发生大变形或失稳。为提高基坑工程施工的安全性,有必要在基坑开挖前对渗漏点进行检测,并针对渗漏点对于基坑围护结构周边渗流场的影响规律进行研究。[方法]以青岛地铁4号线某车站基坑为背景,施工前采用分布式光纤检测方法对基坑围护结构渗漏点开展了检测,并找到了疑似渗漏点。对基坑疑似渗漏点附近的地下水位进行了监测。利用SEEP/W软件模拟了不同尺寸、不同数量的渗漏点对基坑围护结构周边地下水渗流场的影响,并在渗漏点附近布设地下水位监测点以获得现场实测数据。[结果及结论]在基坑开挖降水过程中,由于坑内外地下水压力差逐渐增大,坑内地下水位逐渐下降,在止水帷幕周围形成降水漏斗。在地下水靠近止水帷幕且无渗漏点时,基坑坑外地下水位下降深度约为坑内开挖降水深度的20%;渗漏点宽度为10 mm时,基坑坑外地下水位下降深度约为坑内开挖降水深度的30%。止水帷幕出现渗漏点,导致基坑附近地下水渗入基坑内,水通量、水传导率及水压在渗漏点位置急剧增大,且其数值随渗漏点尺寸的增大而增大。基坑地下水渗流数值模拟结果与工程实测结果基本吻合,说明采用SEEP/W软件模拟地下水渗流场合理可行。

高密度电法在地下水渗流通道探测中的技术应用

地下水渗流可能会引起土体物理性质改变,引发地质灾害。高密度电法用于地下水探测宏观成像分辨率高,采用高密度电法对某居民区地下水渗流通道进行探测,通过观察分析视电阻率反演图像,追踪低电阻率异常来判断地下水渗流通道及富水区位置,最终发现场区内地下水在重力的作用下由西向东,通过地下车库顶板上方和地下车库外墙间两个渗流通道,在场区东南侧汇聚成富水区,造成下方毛石护坡局部涌水。该推断为下一步处理方案设计提供了准确的依据。

地下水运移对露天矿山边坡的影响探析与渗流减缓措施研究

地下水渗流劣化岩体力学性能,降低围岩稳定性,容易引发矿山边坡失稳。通过对某露天开采铁矿南帮边坡进行水文地质勘察,明确了地层渗透特性,分析了矿山边坡地下水分布特征和运移规律,并采用“帷幕注浆+降水井疏堵”的方式对地下水进行综合处置。研究表明,短时强降水入渗排土场形成蓄水体,然后以强风化构造裂隙发育岩层为渗流通道,由排土场向矿山采坑渗流,劣化岩体的力学性能,降低了土岩接触界面的抗剪强度,致使矿山边坡滑塌。现场实验表明,“帷幕注浆+降水井疏堵”方式对地下水的综合治理效果良好,有效截断了蓄水体与采坑之间的渗流通道,降低了地下水对矿山边坡的影响,提升了边坡稳定性,可有效解决矿区向下开挖延伸过程中的边坡滑塌隐患。

岩土工程中的地下水渗流与土体稳定性分析

地下水渗流在岩土工程中扮演着至关重要的角色,对土体稳定性和工程结构安全具有重大影响。本文旨在探讨地下水对土体稳定性的影响,并分析地下水渗流对土体力学性质的作用机制。通过数值模拟方法,研究地下水对土体稳定性的影响探讨其在边坡稳定性和基础工程稳定性中的具体表现。提出地下水渗流对边坡稳定性和基础工程稳定性的影响分析框架,深入探讨影响机制,以期为岩土工程领域的相关研究和工程实践提供有益参考。

基于PINNs算法的地下水渗流模型求解及参数反演

地下水渗流模型的渗流流速计算(正向求解)和渗流参数反演(反向求解)工程意义重要,但目前能同时解决两类问题的算法较少。针对该问题,引入了物理信息神经网络(PINNs)算法,并加入硬约束进行改进,在正向求解方面,分别建立了渗流方程与达西定律耦合的水头、流速同时求解方法(PINNs-H-I),以及先计算水头再通过自动微分求解流速的计算方法(PINNs-H-II)。对于反向求解,分别采用单(多)物理场神经网络模型的PINNs算法反演均质(非均质)渗流参数。通过算例分析表明,相比软约束PINNs算法,通过施加硬约束可同时改善正向求解和反向求解的性能,另外在正向渗流速度计算中PINNs-H-II方法具有更高的计算精度,同时单(多)物理场神经网络模型PINNs算法反演的均质(非均质)渗流参数与实际值符合较好。

大型地埋管群地源热泵三维传热-渗流耦合模拟

为确定地下水渗流对大尺度、多分支埋管集群地源热泵系统换热区温度场和换热特性的影响,基于上海天文馆880个地埋管地源热泵场地,建立考虑地下水渗流和地质分层的三维传热-渗流耦合模型,并利用现场热响应试验对模型进行验证。结果表明:渗流作用引起管群内和支管群之间沿地下水流动方向发生温度干扰,89.5~120.3 m埋深范围内的温度干扰现象相对明显;地下水渗流有利于提高管群的换热总量,缩小夏季和冬季工况的换热量差距;换热量增加百分比随水力梯度的增加而增大,两者呈对数函数关系,当水力梯度大于0.005时,换热量增加百分比趋于平稳。

凹陷式开采石灰岩矿区地下水渗流数值模拟

露天凹陷式开采石灰岩矿区的疏干降水过程将形成降水漏斗,并改变区域地下水流场;定量刻画开采条件下的地下水渗流对矿区涌水量预测及相关环境地质问题防治有重要的实际意义。以广东某石灰岩矿区为例,采用地下水渗流数值模型模拟了矿坑开采速度分别为4、5、8 m/a条件下的地下水流场变化过程。模拟结果表明:在开采条件下,研究区地下水位不断降低,水位下降速率与开采速度之间呈正相关关系;开采形成的降落漏斗将延伸至矿区所在水文地质单元边缘,形成时间与速度成反比;区域范围内的地下水位年内动态与降雨季节变化一致,波动幅度随与矿坑距离增加而减小、随渗透系数降低而增加,但受开采速度影响不明显。开采初期,矿坑涌水量随开采深度和开采速度增加而增大;但当矿坑开采深度达40 m时,研究区浅层第四系孔隙水和溶洞裂隙水基本疏干,涌水量基本不再随开采深度增加,以4、5、8 m/a速度开采的矿区稳定涌水量分别为7970、8240、9030 m^(3)/d。该研究结果可为类似石灰岩矿区开采方案设计及周边地下水位动态监测提供参考。

煤矿覆岩裂隙地下水渗流特征的试验研究

覆岩裂隙地下水渗流特征是采煤和采空区后期维护需考虑的重点因素,特别是煤矿地下水库修建区,覆岩裂隙场经沉积作用形成稳定形态,具有良好的储水和导水能力,也是煤矿地下水库重要的组成部分。在浅层地下水丰富区域或夏季极端降雨条件下,地下水库形成垂向补给,分析地下水在覆岩裂隙中的渗流特征为煤矿地下水库安全运营及地下水资源保护提供科学依据。此次研究通过固−液耦合相似模型试验获得开采区覆岩裂隙发育稳定规律及导通含水层后地下水渗流特征,分析得出延伸远空间大的离层裂隙和微裂隙多以储水为主,贯穿多个岩层的垂向裂隙具有很强的导水能力,离层裂隙间的水力联系主要靠两侧区域的垂向裂隙形成。垂向补给条件下,地下水先以非饱和方式沿垂向裂隙进行入渗,由上及下覆岩裂隙逐渐区域饱和,最终形成稳定的饱和入渗形式。在此基础上建立饱和渗流状态的地下水渗流数学模型,并依靠数值法求解,与相似模拟试验相互验证得出垂向裂隙是主要的导水通道,其导水量占比最大可达到97%,与此同时垂向裂隙中地下水的运移速度也远超出离层裂隙中的多个数量级。最后通过敏感性分析得出垂向裂隙渗流量与裂隙发育程度和总涌水量成正相关,与岩石渗透性成负相关。覆岩裂隙中地下水的运移时间与裂隙发育程度、岩石渗透性和总涌水量均呈负相关。

江汉平原地下水混合的^(14)C年龄曲线投影校正研究

地下水^(14)C年龄的分布可以指示地下水渗流的方向及其变化。经典校正模型可以消除水化学组成变化对^(14)C年龄的影响,但很难识别地下水混合,导致得到的^(14)C年龄代表的是地下水的混合年龄。本文根据地下水化学组分变化提出了识别混合和校正a^(14)C值的方法,并以江汉平原为研究实例进行解剖。江汉平原地下水中硫酸盐矿物溶解导致SO_(4)^(2-)含量增加,且SO_(4)^(2-)含量与a^(14)C值的关系曲线可以识别混合,并利用曲线投影校正a^(14)C值,提出了混合-IAEA模型。IAEA年龄和混合-IAEA年龄的分布差异揭示出地下水渗流变化。年轻地下水混合区为年轻地下水的汇聚方向;老地下水混合区为老地下水的汇集方向。因此,对于大型沉积平原(或盆地)的地下水流系统,使用^(14)C定年时需要考虑地下水混合的影响,混合校正后的^(14)C年龄可以用来识别地下水渗流变化。

地下水渗流情况下花岗岩残积土层暗挖隧道施工技术研究

隧道工程在开挖施工时,会严重影响原本稳定的地下水环境,导致原地下水环境出现失衡和地下水资源严重流失,破坏地表和地下生态环境平衡,而地下水渗流的出现将会对隧道施工质量与安全造成严重影响。暗挖是隧道开挖施工最常用的一种方法,但在施工时容易对隧道的围岩产生较大的破坏和扰动,导致开挖损伤区形成,阻碍暗挖隧道施工的进度,再加上地下水渗流情况的形成,无疑会对暗挖隧道施工造成严重的影响。目前,我国有很多学者已经对地下水环境与隧道工程建设相互之间产生的影响关系进行研究。例如,顾建炉研究了山地隧道施工与地下水环境之间的相互影响机理;庞炳涛主要对热力隧道暗挖施工时受地下水环境的影响进行了研究。

地下水渗流作用下机场道基的稳定性分析

为解决机场道基在地下水渗流和飞机荷载双重作用下的沉降变形和稳定性问题,该文以钦切罗国际机场道基为研究对象,运用三维数值仿真模拟的手段,建立地下水渗流三维模拟,研究机场道基的变形规律。研究结果表明,不同水头高差工况下,地下水渗流引起的道基表面沉降量的变化规律基本一致,均呈反“S”型;道基表面沉降量随距离增加而增大,孔隙水压力峰值随水头高差的增加而增加。地下水渗流的坡降对道基的沉降产生了明显的不利影响,在长期的飞机荷载作用下极易发生道基松散、脱空、波状沉降,引发道基坍塌和失稳风险。

乳山某基坑地下水渗流破坏事故分析

论文以乳山市某基坑事故作为研究对象,在对事故现场进行充分调查的基础上,采用有限元分析软件对基坑进行了数值模拟。结合现场出现的问题,分析认为该基坑的截水帷幕已失效,基坑内外地下水连通,坑内疏干井持续降水加剧了渗流,导致坡脚处砂土流失,从而引发坡体局部坍塌、坡顶急剧变形的事故。通过后续对坡脚加固、坡体修复等措施,有效解决了安全隐患,为类似工程提供参考。

软弱外倾结构面和地下水渗流影响下岩质边坡的勘察要点分析

为解决岩质边坡在同时受软弱外倾结构面和地下水渗流的影响下,勘察难以合理提供稳定性分析所需计算参数的难题,以广州市从化区某项目建筑边坡工程为背景,针对同时受软弱外倾结构面和地下水渗流影响的岩质边坡,在查明岩体结构面产状并使用赤平投影分析的基础上,进一步分析地表水、地下水的径流关系,并对岩体及岩体结构面的抗剪强度参数进行相应的折减,为边坡支护设计提供安全可靠的参数,为类似岩质边坡工程的勘察提供经验。

露天地下协同开采对矿山地下水渗流场的影响

一般露天矿山在开采过程中难免会出现排水困难的问题,为保障露天矿山的边坡具有良好的稳定性,则需要对露天地下协同化开采状态下的地下水渗流场进行对比。结合某金属矿山的具体情况进行研究分析,首先对其前置条件进行调查研究,随后针对于其在实际当中的渗流效果做出对比分析。根据相关结果表明,在协同开采条件下,地下开采的连续性排水将会在地下区域中形成地下降水漏斗,促使地下水出现预疏干的效果,有利于提升矿山开采效率与安全性。

城市大型地下空间暗挖建造与地下水渗流控制关键技术研究

针对我国城市地下空间开发建设存在的问题,结合国内外地下空间建设技术现状和城市化发展需求,本项目重点进行了城市大型地下空间暗挖建造与地下水渗流控制关键技术研究,包括:一次扣拱暗挖逆作法建造大型地下结构关键技术研究、浅埋暗挖大直径管幕法地下结构建造技术研究、地下空间建造设计过程中的地下水渗流控制技术研究等,形成了拥有自主知识产权的地下空间开发技术成果和体系,并通过一系列有代表性的城市地下空间工程示范应用,促进了科技成果的转化和应用,有效提升了我国城市地下空间可持续开发能力和建造技术集成化水平。

地铁山岭隧道渗流分析与防排水设计应用

文章针对城市山岭隧道的特点,根据工程地质与水文地质条件,提出了地下水渗流计算边界条件假定,建立了符合城市山岭隧道工程特征的地下水渗流计算模型,在不同工况下进行了数值模拟计算,得到了城市山岭隧道地下水渗流的一般规律,并依据此特征规律分析了隧道防排水设计要点,最后给出了一套适用于城市地铁山岭隧道的防排水设计方案,为今后此类工程提供了理论指导与方案参考。