井周堵塞对承压含水层定流量回灌渗流场影响的半解析研究

为分析定流量条件下回灌堵塞对井周含水层渗流响应的影响,采用指数形式的渗透系数衰减方程反映堵塞作用下井周含水层渗透特性的时变效应,建立了考虑堵塞效应的定流量非完整回灌井流力学模型,采用变量代换、Laplace变换和有限余弦Fourier变换得到了井周含水层中水位抬升在Laplace空间的解,应用Stehfest数值逆变换方法获得了实时空间内的水头抬升和回灌压力。参数分析结果表明,较小的渐近渗透系数K_(r,∞)会增加回灌过程中水头抬升和回灌压力,并加剧含水层达到拟稳态时的渗流响应;较大的渗透系数衰减指数λ仅增加回灌过程中水头抬升和回灌压力,但不影响含水层达到拟稳态时的渗流响应;因Kr,∞和λ不同而引起的水头差在井筒处达到最大值并沿径向距离逐渐减小。研究结果可以为定流量回灌中井周含水层堵塞的识别与预测提供理论依据。

地下水流结构化与非结构化有限差分法模拟比较

选取合适、高效、准确的地下水流数值模型是进行数值模拟的重要基础。利用一个完整潜水井渗流算例的水位解析解和结构化传统模型、结构化加密模型、两种非结构化加密模型的水位数值解进行比较,对其拟合程度及误差进行分析。结果表明,4种模型数值模拟的准确度均较好,平均绝对误差均小于0.1,R2均大于0.98;相较于结构化传统模型,结构化加密模型准确度最好,非结构化四级加密模型次之,非结构化三级加密模型最差;非结构化四级加密模型模拟准确度提升虽稍逊于结构化加密模型,但使用网格数量减少了90%,计算效率提升,并弥补了结构化加密模型多点加密适用性差的缺点,是一种适用性强、高效、准确的地下水流数值模型。

矩形边界越流承压含水层中非完整井稳定流解析解

针对矩形边界越流承压含水层中非完整井抽水引起的复杂地下水流动问题,建立了直角坐标系下越流承压含水层非完整井稳定流数学模型.通过对地下水流动计算模型的有限Fourier变换和有限Fourier变换域降深函数的逆变换,提出了不同类型边界条件下越流承压含水层非完整井三维稳定流降深解析解.在验证降深解析解正确性的基础上,通过降深解析解计算精度的分析,并结合非完整井抽水条件下含水层地下水流动特性,给出了降深解析解满足计算精度要求的计算项数取值.探讨了含水层正交各向异性、抽水井完整性、井位布置等因素对含水层降深和地下水流动的影响规律,并利用工程案例阐明了降深解析解的工程适用性.

非达西渗流条件下的单孔注液强度计算模型

把潜水非完整孔分解为潜水完整孔与承压非完整孔,建立非达西渗流条件下的单孔注液强度计算模型,通过室内试验确定渗流指数和渗透系数,比较达西渗流和非达西渗流条件下的注液强度与现场实测注液强度的差异。研究结果表明：潜水非完整注液孔主要以潜水完整孔的形式向矿体注液,同时承压非完整孔的注液强度也是不可忽略的,基于现场实测的单孔注液强度计算得到承压非完整孔液面升高高度约为潜水非完整孔液面升高高度的1/7,承压非完整孔长度约为潜水非完整孔长度的1/4;注液孔周的渗流过程与达西渗流存在较大误差,当注液孔中液面升高高度为0.4~1.0 m时,非达西渗流条件下的计算注液强度与实测注液强度误差小于15%,满足工程要求。

定流量下潜水非完整井稳定流计算方法

针对现有潜水非完整井对于不同的管长和淹没状态下有着4种完全不同的理论计算公式,不能很好地解决实际工程中由于潜水位降深不断变化而引起的流量变化问题,将潜水含水层沿潜水位最大降深处分成上下两部分,采用积分变换方法,推导得到可适用于不同管长和淹没状态下的定流量潜水层非完整井的稳定流公式;然后在此基础上,采用Delphi结合Matlab自行开发一个计算程序,对潜水非完整井的井流特点进行分析;最后通过一个基坑降水算例说明了其应用于实际工程的有效性。研究结果表明:①推导得到的潜水非完整井公式可以退化为经典的潜水完整井裘布依公式,并在特殊情况下可得到近似解析解;②自行开发的计算程序可对不同条件下潜水非完整井的阻力系数和流量进行自动快速计算,为潜水非完整井的井流性状分析提供了便利的工具;③将推导出的潜水非完整井稳定流计算公式应用于有隔水围护结构且采用坑内降水方式的基坑工程是可行的。

深圳典型潜水地层地铁车站基坑降水引起水位变化机理的试验研究

以深圳某地铁车站基坑工程为背景,进行基坑不完整井降水模型试验。结果表明:在降水条件相同的情况下,由于绕渗作用的影响,基坑内降水有效影响深度大于基坑外;由于群井效应的影响,基坑内双井降水有效影响深度大于单井降水;在地连墙深度范围内,基坑外土层中孔隙水压变化值随深度的增加而增大,基坑内不完整井降水引起基坑外降水曲线为"先下凹再上凸"型。基于巴布什金潜水层完整井和不完整井涌水量理论计算公式,推导不完整井降水有效影响深度计算公式。基于模型试验数据,通过曲线拟合得到基坑外降水曲线方程。以实际基坑工程为案例,将采用理论计算公式计算得到的基坑内不完整井降水有效影响深度和基坑外降水曲线与数值模拟结果进行对比,发现有效影响深度误差较小,降水曲线基本吻合,从而验证了理论计算公式的正确性和合理性。

侧向有限越流承压含水层中非完整井非稳定流模型及解析解

工程建设中当距离抽水井r=rb处水位基本没有变化或不受抽水影响时,或当此处存在止水帷幕时,含水层系统视为侧向有限延伸,rb为有限半径。为此,构建更加符合工程实际的侧向有限延伸的典型弱透水层-承压水层系统中非完整井非稳定流计算模型,同时考虑井径和井储效应的影响,应用Laplace变换和分离变量法得到了水位降深在拉氏空间下的解析解,并应用拉氏数值逆变换Stehfest法得到真实空间下的水位降深。新建立的解析解可以进一步退化为诸多已有解,并进一步将其与已知解和有限元数值解进行对比,验证了所得解的正确性和可靠性。基于新建解重点分析了侧向边界和井的完整性对承压水层水位降深的影响。结果表明:含水层系统的侧向有限边界仅对抽水后期的水位降深影响明显,含水层系统侧向无限延伸情况下的水位降深要大于情形1(在r=rb处为定水头边界)且明显小于情形2(在r=rb处为不透水边界)下的水位降深,rb越小,两者之间的误差越大;抽水井的完整性对整个抽水期间不同情形下的水位降深均有明显的影响,承压含水层顶板处的水位降深随着抽水井滤管的长度和埋深的增加而减小。

潜水含水层中的非完整井降水设计计算探讨

通过对潜水含水层中的非完整井基坑涌水量计算方法的分析 ,探讨引入抽水“有效带”的概念 ,将非完整井群涌水量计算转化为等效完整井群涌水量计算方法的可行性及由此产生的相对误差大小。通过几个实例计算表明 ,简化方法一般可将基坑涌水量计算误差控制在 2 0 %以内 。

潜水含水层中近河基坑工程降水设计方法探讨

对位于潜水含水层中的近河基坑工程,运用行标JGJ 120—99规程中的有关公式,根据稳定流理论,采用管井井点进行降水设计。通过实例计算,讨论了规程中管井单井涌水量及基坑中某点水位降深计算公式的适用性及局限性,并对相关计算公式进行了补充完善。

气压式振荡试验确定地层渗透系数适宜性

为评价滨海地区海(咸)水入侵区不同类型地层渗透性,提出振荡试验适宜模型选择方法。利用Geoprobe系统对不同平面位置地层实施了气压式振荡试验,部分点位进行了分层测试;利用配线法计算地层渗透系数。结果表明:当试验目标层为承压含水层时,利用Butler模型分析欠阻尼振荡试验,KGS模型分析过阻尼振荡试验,均可获得良好的计算结果;当试验目标层为弱透水层时,KGS模型可用于过阻尼振荡试验的数据分析,但计算结果会受到相邻高渗透性含水层以及钻孔编录不准确的影响。地层渗透性等级未知条件下,需根据地层类型、介质岩性、测试井结构和水位恢复过程曲线特征选择适宜的振荡试验分析模型,以准确获取地层渗透系数值。

非完整河与潜水含水层相互作用的非稳定流数值模拟

针对以往河流对含水层补给方式考虑的不足,基于含水层水位与河水位及河床底板高程的关系,考虑了非饱和带的影响,借助非饱和带的相关理论获得了河流对含水层的补给量的表达式,采用数值模拟方法计算了非完整河对潜水含水层的补给量,并探讨了补给量与抽水井中水位变幅和非饱和带内最大基质吸力的关系。结果表明,非饱和带内的补给量不可忽略,且井中水位变幅越小、最大基质吸力越大,则补给量越大。

超大矩形深基坑潜水非完整井涌水量计算方法研究

针对基坑形状直接影响等效半径的取值,从而影响矩形基坑潜水非完整井涌水量计算结果的问题,提出了一种考虑宽长比的等效半径计算方法。在不同宽长比条件下,分别采用规范简化大井法和等效分段法计算矩形基坑的涌水量。结果表明:当基坑宽长比小于0.5时,采用考虑宽长比的规范简化大井法计算的涌水量大于采用未考虑宽长比的规范简化大井法计算的涌水量,基本等于采用不考虑宽长比的等效分段法计算的涌水量,十分接近工程实际抽水量。由此可知:采用考虑宽长比的规范简化大井法计算涌水量更为合理;采用等效分段法计算涌水量可忽略宽长比的影响。

落底式止水帷幕条件下基坑涌水量计算研究

涌漏点的存在使得落底式止水帷幕条件下基坑涌水量的计算成为一个有待解决的技术难题。在承压含水层中开挖落底式深基坑时,针对落底式止水帷幕渗漏的不确定性,建立承压含水层中落底式基坑非完整井降水水文地质模型。基于Theis非完整井非稳定流理论,结合映射原理,推导等效渗透系数计算公式,并提出涌漏系数法用以评价落底式止水帷幕隔渗效果以及计算基坑涌水量。以武汉某深基坑降水工程为例,采用该方法评价止水帷幕的隔渗效果以及对其基坑涌水量进行计算,并与实测结果和传统方法计算结果分别进行对比验证。结果显示涌漏系数法计算误差较小,且计算过程简便,兼具安全性和经济性。研究结果可应用于指导工程设计,具有一定实际应用价值。

松散砂层下煤层开采顶板溃砂的水动力条件分析

基于潜水完整井非稳定流理论及砂土体渗透运移临界水力梯度作用机理,分析了松散含水砂层下浅埋煤层开采过程中顶板涌水水流动力场特征,并按砂体运移溃入工作面的启动、发展及终止三步探讨潜水水动力条件的作用机理。提出了浅埋煤层开采过程中上覆松散潜水含水砂层涌水溃砂形成的临界水头及其计算公式。并以神府矿区柠条塔煤矿S1103潜埋工作面为例,计算得出该工作面上覆松散潜水含水砂层形成溃砂的临界水头高度为1.92 m,为该工作面顶板溃砂防治提供理论依据。

不完全井渗流近似计算及其应用

本文介绍一种近似计算的解题途径:将定厚土层中的平面渗流看成是轴对称渗流的特例,用等效椭球井代替不完全井,把半无限透水土层渗流看成是定厚土层渗流的特例,结合数值计算和电拟实验成果返推逼近,得出适用于小贯入度的任意井径的轴对称不完全井渗流近似计算表达式。此外,本文将长列不完全井依次分成等阻抗长列完全井和单个轴对称不完全井两部分分别计算,列出长列不完全井的近似计算表达式。针对三维渗流计算和试验中不完全井列的处理以及渗流参数反求等问题,推荐了几种处理方法。