全断面富水砂性地层中地铁深基坑抽水回灌试验研究

富水砂性地层具有渗透系数大、含水量高、自稳性差等特点,造成城市深基坑工程安全施工困难.尤其是在隔水层缺失的全断面富水砂性地层中,基坑开挖降水更容易诱发工程灾害,是地下工程领域亟需解决的难题.针对全断面富水砂性地质条件,基于南通某地铁车站抽水回灌现场试验,研究了水位变化和沉降变化历时过程,及抽水回灌对周边地面沉降的影响规...     

回灌开启时间对地层沉降与应力应变的影响

在天津、上海等沿海地区基坑工程中,由于地下水位较高且含水层分布广泛,当基坑抗突涌稳定安全系数不足时,需对承压含水层减压抽水.根据有效应力原则,减压抽水可导致有效应力上升,加剧基坑外沉降.在基坑施工期间,可使用回灌作为有效的沉降控制措施来保护基坑周围的重要建筑物.工程实践表明,在长时间减压抽水后回灌,仅能保证沉降不再发展,很难使沉降完全恢复.针对此问题,采用三维流固耦合有限元模型,对比分析减压井和回灌井在先灌后抽、同灌同抽、先抽后灌3种方案下土体应力应变特征.研究表明,回灌井与减压井开启顺序对地表沉降影响显著,先抽后灌造成地表沉降最大,沉降值与回灌前抽水时间呈正相关.造成沉降差异的主要原因是上覆弱透水层在不同方案下应力路径不同,从而导致塑性压缩变形不同.在先抽后灌方案中,上覆弱透水层有效应力先升后降,受前期固结压力与回弹模量影响,上覆弱透水层可产生较高的压缩变形.因此,在实际工程中应尽量保证同抽同灌.同时,当抽水量恒定时,相邻弱透水层渗透系数也会改变土体竖向变形分布,下卧弱透水层渗透性越强,地表沉降越小,而上覆弱透水层的渗透性对地表沉降影响较小.     

四川省绵竹市土门镇热矿水水质变化特征及成因模式浅析

绵竹市土门镇热矿水井口高程630m,井深1888m,抽水试验出水量达440m3/d,井口水温37.5℃,水化学类型为HCO3-Na型。本文分析了热矿水补、径、排条件,论述了热矿水成矿模式,并估算了热矿水水资源平衡量。在此基础上利用统计学方式分析了该热矿水主要化学元素的稳定性。     

深基坑悬挂止水帷幕结合回灌对控制沉降数值模拟分析

悬挂式止水帷幕不能完全阻隔基坑内外水力联系，此时基坑周边环境难免受到基坑降水的影响；当深基坑内降水程度较大时，为保证周边建筑安全，悬挂式止水帷幕结合坑外回灌的方案开始被用于实际工程中。文章以某深基坑工程实例为依托，利用有限差分软件FLAC3D对基坑降水工程进行数值模拟，对悬挂式止水帷幕条件下深基坑工程降水与回灌过程中的水位变化与地表沉降进行分析。研究表明，止水帷幕结合回灌的方案能够大幅减小基坑外水头降深，有效控制基坑外的地表沉降发展，对比未设置止水帷幕和回灌措施的降水方案，水头降深和地表沉降控制率可达80%以上。合理排布回灌井位置，尽早启动回灌井回灌，可使沉降控制效果最优化。     

双层地基基坑降水-防渗-回灌耦合模型沉降控制研究

针对双层复合地基基坑降水过程中极易引发地基渗透破坏和基坑周边建筑物沉降等问题,为真实模拟现场双层地基三维渗流条件,自行研制了室内大型渗流试验装置,开展了双层地基基坑降水-防渗墙防渗-回灌井回灌的耦合模型试验.试验表明,相对于降水-防渗条件,增设回灌后,基坑外上排测压管水头抬升近10.7%,下排测压管水位抬升约3.1%;各测压管外侧水头比内侧平均高出约2.75%,说明在基坑降水-防渗的同时进行坑外回灌可以有效地提高基坑外回灌井底端土层以上区域的水头高度,减小基坑外建筑物的沉降.运用FLAC3D软件对坑外沉降进行数值计算,进一步印证了模型试验中降水-防渗-回灌耦合模型对沉降控制的效果.相关研究成果对复合地基降水过程中的渗透变形及地基沉降控制有一定的参考价值.     

絮凝沉淀-人工湿地-地下水回灌系统水质处理试验研究

为探讨德阳市絮凝沉淀-人工湿地-地下水回灌系统运行各阶段的水质处理效果与开采供水的可行性,开展了水质分析、絮凝沉淀试验、人工湿地水处理试验、入渗试验、抽水试验、数值模拟等多项前期试验与分析。试验结果显示,绵远河水的浊度、氨氮(NH+4-N)、总氮(TN)、总磷(TP)、化学需氧量(COD)、总大肠杆菌、细菌总数指标是系统重点处理的水质指标,研究场地内地下水质量总体良好;絮凝剂聚合氯化铝(PAC)的最佳投加量为5. 3 mg/L[以三氧化二铝(Al2O3)计],沉淀时间不小于1. 5 h;单个入渗池运行时理论入渗量可达13 574. 4 m3/d;三口开采井的开采量可达3 960 m3/d;数值模拟结果显示入渗水从入渗补给池到开采井含水层有充足的时间杀灭病菌和病毒,开采井地下水的主要补给来源是入渗池的垂向入渗补给量。综合研究表明,系统运行水质主要控制指标理论上均可达到设计回灌水质要求,供水量可满足设计要求,对地下水环境造成影响较小,系统运行在技术上是可行的,但需要持续开采地下水;试验结果为校正地下水数值模型、系统的改进、系统全面运行提供了重要的参考。     

深基坑降水过程中的回灌分析

本文以某深基坑降水工程为例,采用Modflow对其回灌进行的模拟分析,并将计算结果于实测结果进行对比分析。讨论了用Modflow进行回灌分析的可行性。并探讨了回灌井对降水对基坑周边水位的控制和影响。为同类地质条件下相似基坑工程的降水方案设计提供依据。     

深基坑工程预降水诱发地表沉降分析研究

为了预测深基坑工程施工前预降水诱发的地表沉降量,本文考虑到不同含水率状态下土体重度存在差异,应用大井法基坑降水原理,基于有效应力原理和一维固结压缩理论,计算降水区域单元土体的固结压缩量;并通过随机介质理论方法预测基坑周围的地表沉降量。以某基坑降水施工为背景,理论计算结果显示：预降水导致基坑南侧5m处地表沉降量达28.56mm;降水影响范围为80m;与现场实测值对比显示：两者误差小于10%,验证了本文研究思路的合理性。本文研究内容能够为类似工程提供参考。     

回灌水温对水源井抽水量的影响分析

水量充足稳定对于保证深井水源热泵系统正常运行极其重要.根据地下水动力学相关理论.建立了燕储井的地质概念模型,确定了井涌量的计算公式;从回灌水温对渗透系数和贮能井开采量产生影响的角度出发,比较了不同水温下的水源井抽水量随水位降深的变化以及水源井热影响半径随抽水量的变化,分析了回灌水温变化对抽水量的影响,其结论可为实际应用提供参考.     

天津市某医院深基坑工程变形特性及预测研究

依托天津地区软土大背景下的深基坑工程,对天津市某医院大尺度深基坑开挖施工过程中的现场观测数据进行理论分析,并利用FLAC~(3D)软件建立3D基坑模型并对基坑开挖支护全过程进行动态模拟,将软件计算结果与基坑现场监测数据进行对比。对比结果表明:模拟所得数值与现场观测数据规律较为贴切,随着基坑开挖进一步进行,外侧土体位移量逐步增加,当基坑开挖全部完成时,土体出现最大沉降量,桩顶水平位移与深层水平位移均满足监控测量标准的要求,说明所选取的支护结构等措施可以较好地控制基坑围护结构的变形并提出预测最大侧向位移的公式为后续类似工程提供一定的参考依据。     

基坑工程降水引发的环境问题及对策

基坑工程开挖降水势必引起基坑周围土体内地下水位变化和应力场改变,导致周围土体及建筑环境的变形,对周围环境产生不同程度的影响.基坑工程的环境效应包括支护结构、工程桩施工、降低地下水位、土方开挖等对周围环境的影响,并表现在多方面,基坑开挖降低地下水引起围护结构变形及造成基坑内外土体产生沉降、不均匀沉降和水平位移,可能导致建筑物及市政管线的变形,影响其正常使用,甚至破坏.此外,大量被抽取的地下水往往直接排至下水管网,是对城市水资源的巨大浪费.在对问题分析的基础上研究讨论了相关对策.     

软弱地层深大基坑富水特性及组合支护控制

为研究深大基坑地层富水特性以及组合支护方案下基坑控制效果,以在建连云港—镇江高速铁路线淮安东站站前广场基坑为工程背景,开展含水层抽水试验,明确地层富水特性以及水力联系,为基坑施工提供依据;设计地连墙、TRD两种支护以及分层开挖方案,并开展了基坑控制效果现场监测分析。结果表明：(1)影响含水层渗透性因素较多,应采用多种方法比对分析,获取较为合理的水文参数;本工程含水层潜水静水位标高+6.60～+6.80m,第Ⅰ承压含水层静水位标高+3.73m~+3.75m,潜水和承压水之间有较厚的弱透水隔水层,两者之间没有明显的水力联系。(2)地连墙和TRD连接处深层水平位移最大,需要加强重点防控;地连墙侧位移分布近似均匀,TRD墙侧呈现上、中部大,下部小的“刀把”形,地连墙侧水平位移以及地表沉降控制效果均优于TRD墙侧。(3)桩顶和立柱隆沉具有明显的三阶段变化特征,支护方案对桩顶和立柱隆沉的影响差异较小;混凝土撑轴力和基坑外水位变化具有明显的四阶段变化特征;支护方案对第1道混凝土支撑即次支撑轴力的影响较大,最大轴力差异为18.8%;对第2道混凝土支撑即主支撑轴力的影响基本忽略,差异为0.7%。     

砂卵石地层非稳定流回灌模型试验研究

为研究砂卵石地层回灌渗流场水头时空分布规律,依托济南轨道交通R1线地下车站基坑工程,研制了回灌模型试验系统,分别进行了潜水层和承压水层单井回灌模型试验,建立了适用于砂卵石地层的非稳定渗流单井回灌数学模型。试验结果表明,在承压水工况下,基于Theis非稳定流公式的计算数据和监测数据的水头变化趋势基本一致,皆为凸形曲线,但数值上存在明显的误差。在潜水工况下,Theis公式只能描述其饱和渗流阶段的变化趋势,并不适用非饱和渗流阶段。在定量回灌条件下,距离回灌井越近的地方越先达到饱和渗流。最后,回灌存在井损现象,井损水头占回灌水头的3.2%～52.5%左右。     

地下水位波动法在干旱区地下水补给资源量评价中的应用——以柴达木盆地那陵郭勒河冲洪积扇重点开采区为例

地下水补给资源量评价是干旱地区地下水资源评价的最重要部分,但许多地区因为缺乏地下水的源汇项监测数据、或者水文地质研究程度较低,导致地下水补给资源量评价的可靠性较低。以柴达木盆地那陵郭勒河冲洪积扇区为例,采用地下水位波动方法(water-table fluctuation,WTF)对地下水补给资源量进行计算,该方法仅需要一段时间内含水层参数及地下水位变化值,应用简单,适用性强。通过计算表明,那陵郭勒冲洪积扇地区地下水资源2011年补给量约为5.21×108m3/年,2012年补给量约为6.16×108m3/年。该方法避免了直接计算地下水补给量的难题,对水文地质研究程度较低的干旱区地下水资源评价具有一定的参考意义和推广价值。     

淄河源区岩溶地下水可开采资源量评价

为解决淄博市博山区农业、生活供水短缺,合理有效地调蓄利用岩溶地下水资源,针对淄河源区实际所处地质、水文条件及区域水文地质参数或水均衡要素不清等问题,本研究提出在开采性试验结果的基础上,应选用补偿疏干法来合理评价淄河源区岩溶地下水资源量.该方法能够适用淄河源区有较大的岩溶地下水储水空间可供调蓄且雨旱季分明等特点,体现"以丰补歉"思想.运用该方法计算出淄河源区可开采资源量为14 390 m~3/d.结果表明,补偿疏干法来评价岩溶地区地下水资源是适用的,它可以更广泛地适用于含水层分布范围有限,但有较大储存量,地下水补给雨旱季分明的北方地区.     

苏北平原隐伏玄武岩地下水研究

针对苏北平原地表水污染严重,深层承压水成为主开采层,在大量抽取地下水之后,依然存在高水位地区的问题,对连云港、淮安、扬州、泰州和盐城等地的河水、地下水进行采样,测试分析了样品的氢氧同位素以及水化学特征。结果表明:苏北平原承压水氢氧同位素相对于地表水和浅层地下水贫化,并非来自当地降水下渗以及上部含水层越流补给,补给源具有明显的同位素贫化的特征;地下水接受现代降水补给,承压水中测到明显的来自核试验的氚;地下水水岩反应以硅酸盐反应为主,上新世以来东亚地区发生了多期火山喷发,第四纪地层下的隐伏玄武岩地区可能是深层地下水发生水岩反应并产生偏硅酸的主要含水层,而后这些富含偏硅酸的地下水通过断裂带运移到第四纪承压含水层中。     

北京平原地下水流数值模拟情景分析

在非稳定流模型(1995~2014年)基础上设计5个情景:现状(A)、回灌(B)、沉降中心停采(C)、沉降中心部分减采(D)及不同沉降中心不同减采比例(E),对北京平原2015~2030年地下水可持续利用进行分析。结果表明:(1)现状条件下,由于连续干旱及应急水源地的投入运行,北京平原地下水储存量被持续大量消耗,地下水位快速下降;(2)预测期内平均来说,A和B分别消耗1.16×108、0.28×108m3/a的地下水储存量,而C、D、E储存量分别恢复3.52×108、1.18×108、2.83×10~8m~3/a;(3)设计合理情景F:5区(八仙庄)、6区(天竺)和7区(王四营)的工业和城市生活用水分别减采0.51×108、0.12×108、1.76×108m3,总开采量19.28×10~8m~3,F是北京平原未来应采取的最优开采情景。     

土壤基质对回灌水的净化效果

在水资源管理体系中,人工地下水回灌是实现水资源再生的有效途径。介绍了城市污水人工地下水回灌技术的基础理论与发展现状。利用在北京市高碑店污水处理厂内的建立的人工地下水回灌示范工程,初步研究了城市污水处理厂二级出水经深度处理后进行地下水回灌对地下水水质的影响。引入钠吸附比表征回灌水在渗滤过程对土壤结构的影响。研究结果表明:土壤非饱和带对可溶解性有机碳(DOC)、氨氮(NH_4~ -N)、UV-254表征的有机物有良好的去除效果,对回灌水中可吸附有机卤化物(AOX)的去除率很低。     

硝酸盐氮污染地下水原位修复的试验研究

在北京北天堂非正规垃圾填埋场进行硝酸盐氮污染地下水原位修复试验研究。通过抽水试验、示踪试验和碳源投加试验,分析了对污染地下水的原位修复能力及效果。试验结果表明,试验获得了指导后续地下水修复试验及数值模拟预测的水文地质参数,试验场区的潜水含水层渗透系数为195.3 m/d,导水系数为781.3 m2/d,给水度为0.167°。在碳源投加试验运行初期,地下水中的硝酸盐氮去除率就已达到45%以上,投加碳源后对地下水硝酸盐氮反硝化作用有很好的强化效果。试验分析方法和研究成果为类似试验研究积累了成功经验,可为地下水原位修复工程应用及推广提供借鉴与参考。