地下水动力学课程设计doc文档格式.docx
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1、基坑大井总涌水量Q(包括基坑仿大井半径r0,基坑影响半径R)
2、单井干扰涌水量Q′
3、需要设置的井数
4、检验基坑中心水头值h0
图1基坑降水计算模型
3.课程设计报告内容
1:
配线法:
(1)配线法的基本原理:
由Theis公式
①
对上式两端取对数:
二式右端的第二项在同一次抽水试验中都是常数。
因此,在双对数坐标系内,对于定流量抽水曲线
和标准曲线
在形状上是相同的,只是纵横坐标平移了
和
距离而已。
只要将二曲线重合,任选一匹配点,记下对应的坐标值,代入①式即可确定有关参数。
此法称为降深-时间距离配线法。
由实际资料绘制的s-t曲线和与s-r2曲线,分别与
和W(u)-u标准曲线有相似的形状。
因此,可以利用一个观测孔不同时刻的降深值,在双对数纸上绘出s-t曲线和
曲线,进行拟合,此法称为降深-时间配线法。
(2)计算步骤
①在双对数坐标纸上绘制
或W(u)-u的标准曲线。
②在另一张模数相同的透明双对数纸上绘制实测的s-t/r2曲线或s-t、s-r2曲线。
③将实际曲线置于标准曲线上,在保持对应坐标轴彼此平行的条件下相对平移,直至两曲线重合为止(如图)。
④任取一匹配点(在曲线上或曲线外均可),记下匹配点的对
应坐标值:
并代入①式,分别计算有关参数。
(3)配线法的最大优点:
可以充分利用抽水试验的全部观测资料,避免个别资料的偶然误差提高计算精度。
(4)课程设计题目描述和计算:
首先根据已知数据绘制s-t/r²
实际曲线,然后将此曲线重叠在W(u)-1/u上,在保持对应坐标轴彼此平行的基础上,是实际资料与标准曲线尽量拟合。
当两支曲线拟合好后,在匹配的曲线上任取一点,记下坐标1/u=25,w(u)=2.6813(t/r²
)=0.3S=1.
带入公式得:
T=Q*[W(u)]/(4π[s])=107
u*=4T*[t/r²
]/[1/u]=3.57E-3
2:
Jacboo直线图解法:
(1)Jacboo直线图解法的原理:
当u≤0.01时,可利用Jacob公式(4-13)计算参数。
首先把它改写成下列形式:
上式表明,s与lg(t/r²
)呈线性关系,斜率为2.3Q/4πT利用斜率可求出导水系数T(图4-7)
式中,i为直线的斜率,此直线在零降深线上的截距为(t/r²
)
把它代入(4-13)有:
(图4——7)
以上是利用综合资料(多孔长时间观测资料)求参数,称为s-lg(t/r²
)直线图解法。
同理,由(4-13)式还可看出,s-lgt和s-lgr均呈线性关系,直线的斜率分别为(2.3Q/4πT)和(-2.3Q/4πT)。
因此,如果只有一个观测孔,可利用s-lgt直线的斜率求导水系数T,利用该直线在零降深线上截距t0值,求贮水系数。
如果有三个以上观测孔资料,可利用s-1gr直线的值求。
(2)Jacboo直线图解法的优点:
既可以避免配线法的随意性,又能充分利用抽水后期的所有资料。
但是,必须满足u≤0.01或放宽精度要求u≤0.05,即只有在r较小,而t值较大的情况下才能使用;
否则,抽水时间短,直线斜率小,截距值小,所得的T值偏大,而µ
*值偏小。
(3)课程设计题目描述和计算:
首先根据上述资料,绘制s-logt曲线,并进行直线拟合。
然后在直线上分别取两个点(0.0146,1.03656)(0.0069388,0.97234)然后得出斜率i=0.1987.
然后求出直线的截距b=0.6064
直线公式为s=0.1987logt+0.606
然后代入有关公式计算,得:
T=2.3Q/(4πi)=737.28m²
/d
u*=2.25Tt/r²
=1.0267E-7
3:
水位恢复试验试验
(1)基本原理:
抽水井停抽后,井中水位将迅速回升,而上升速度逐渐减缓。
在抽水井附近的观测孔中水位在停抽后一段时间内上升速度则较慢;
在远处的观测孔中的水位,在停抽后的一段时间内,水位不但不回升,反而继续下降.达到最大降深时下降速度等于零,随后才逐渐回升(固5—22d),这点类似于地下水“惯性滞后”的动态反应。
与阶梯流量并流试验相似,设抽水井以定流量Q抽水,持续了tp时间后停止抽水,恢复水位,可以想象为该井仍以流量Q继续抽水,井从停抽时刻起,有一个流量为Q的注水井开始工作。
这样,正负流量相互抵销,得到停止抽水的效果。
如果不考虑水头“惯性滞后”动态,根据渗流的叠加原理,停止抽水后的剩余降深S’可理解为流量Q继续抽水一直延续到t时刻的降深.和从停抽时刻起以流量Q注水t一tp时间的水位回升的叠加。
两者均可用Thsis公式计算。
故有
(2)方法与应用
水位恢复曲线的绘制与解释:
利用水位恢复观田资料,在单对效纸上绘制S’与lg(t’/t)和S*与lgt’曲线,为了分析问题方便,最好S’~lg(t’/t)和S*~lgt’曲线同时绘制。
应强调指出,野外水位恢复试验时,应特别注意取得停泵后的1—2小时内的观测数据,这段时间的水位恢复曲线能反映井管、井壁及井周条件的特征,在生产实际中有重要意义。
因此,这段时间内观测的水位数据应有足够的数量与精度,一般憾况下可按表5—14中时间间隔进行观测。
一条完整的水位恢复曲线应包括曲线首段、直线段(中间段)及尾段(因5—24)。
首段曲线反映井管、井壁及井周的条件;
尾段曲线反映边界条件‘直线段曲线反映含水层本身的条件,用作水文地质参数的识别。
首段曲线
(1):
主要由于人为因素和自然因素的影响,使抽水并附近含水层的渗透性发生了改变。
如含水层中存在软弱夹层、镕洞中泥砾的搬运或止水不安引起并径收缩,因泥浆堵塞,孔壁坍塌,过滤器网眼堵塞以及并周含水层的渗透性突然变弱等,可使井孔周围的渗透性较小;
钻孔揭露溶洞或因过滤器选择不佳而产生涌砂掏空等引起井径扩大,井下放炮、酸化、人工填砾以及并周含水层的渗透性突然变强等,可使井孔周围的渗透性变大。
这种由于人为因素和自然因素的影响,在抽水井附近所造成的与含水层中不同的渗透系数称为条件性系数,记做Kc。
当Kc<K时,说明井周的渗透性低于含水层的渗透性,曲线的斜率变大,如图5—24中的bd、b'd'段。
当Kc>K时,说明井周的渗透性与含水层的渗透性一致,Q线斜率不变,如图5—34中的ad段,与理论直线重合。
当Kc=K时,说明井周的渗透性比含水层的渗透性大,曲线的斜率变小,如图5—24中的cd,c'd'段。
后面二种类型曲线的供水井,并的涌水量都没有扩大的可能,尤其第三种类型曲线.当补给条件不佳,还可能导致涌水量的减少。
此外,由于井损等原因都可能引起附加水头损失.表现在首段曲线偏离直线
(jacboo理论曲线)。
尽段曲线(3):
反映边界条件的影响。
由图524中eg段曲线斜率增大偏离直
线而上挠,说明受阻水条件的影内,如遇到阻水断层、含水层尖灭、透水性突然变弱等条件的影内。
她段曲线斜率减小偏离直线而下挠,说明受供水条件的影肩,
如遇到与含水层有水力联系的地表水体、富水断层、透水性突然变强、含水层突然变潭等条件的影内。
若为无界含水层,则尾段曲线不发生煽离,仍保留直线(ef段)。
2.含水层参数的计算
含水层多数的求得可利用恢复曲线中的直线段(I).如图5—24中的J6段。
从直线斜率的关系式,根容易求得导水系数T
(1)课程设计题目描述和计算:
根据上述资料,绘制s’-logt/t’曲线,并进行直线拟合。
选取两点(2.59,2.43)和(121.01,11.0)求得斜率:
i=5.133
然后代入有关公式计算,得
T=0.183Q/i=171.128m²
u*=T/(0.44*r²
E(-Sp/i)/tp)=5.077*E-5
4基坑降水
(1)场地情况简介
场地上部地下水主要是赋存于卵石②的孔隙潜水中,含水层透水性较强,中等富水,大气降水及地表水为其主要补给源。
地下潜水位面以上采用干钻,直至出现地下水位后观测初见水位,初见水位埋深4.60-4.85m,钻孔终孔24小时后观测稳定水位,测到的潜水稳定水位埋深在4.75-5.00m,埋深标高324.58-324.90m,大气降水及地表水的补给为其主要补给源。
与溪南河河水成互补关系;
下部基岩水为赋存于基岩裂隙中的承压水,根据本次钻探在孔内测得基岩地下水水位埋深9.25-10.80m,埋深标高318.97-319.93m,大气降水及地表水为其主要补给源。
根据龙岩盆地水文地质情况,第四系地下水水位年变化幅度在2.00-3.00m之间。
根据邻近的钻探资料及本次测得的水位埋深,本场地的抗浮水位建议取黄海标高327.50m。
本次钻探未取水样,根据临近场地(相距约30m的水木莲花项目,同一水文地质单元)的ZK1、ZK40、ZK65及ZK93水质分析(PH值及各离子含量详见附表8-1~4)资料,地下水类型为Ca2+-HCO3-+SO42-,地下水对混凝土结构不具腐蚀性,对钢筋混凝土结构中的钢筋不具腐蚀性,对钢结构具弱腐蚀性。
本工程在场地中设1-2层地下室(范围详见勘探点平面布置图),基坑开挖深度:
1层地下室约为5.50m(黄海标高为326.30m),2层地下室约为9.00m(黄海标高为322.80m)m;
基坑开挖后,基底土层以卵石②为主,部分为粉质粘土③、含碎石角砾粉质粘土④、次生红粘土⑤及含卵石粉质粘土⑥,这些地层中卵石②层为主要含水层,对基坑开挖影响较大,而基岩裂隙水埋藏较深,对基坑开挖影响不大。
抽水试验仅对卵石②层采用钻孔完整井稳定流抽水试验。
抽水孔采用原钻探孔,在含水层下一定深度内用粘土回填挤实,对含水层进行多次洗井和试抽,确保含水层与钻孔水力相通后,停抽1天左右,并待钻孔水位稳定后进入正式抽水试验,抽水设备采用深井潜水泵。
试验数据详见抽水试验成果图表(附图4),根据抽水试验结果按公式
R=2S
K=0.732Qlg(R/r)/(2H-S)S
K――渗透系数(m/d) r――井的半径
Q――流量(m3/d) H――含水层厚度(m)
R――影响半径(m) S1,S2,S3――降深(m)
所获得的地下水渗透系数计算结果如下:
ZK38:
K1=26.12m/d,K2=26.21m/d,K3=26.49m/d,平均值K=26.3m/d。
ZK55:
K1=25.72m/d,K2=26.30m/d,K3=25.99m/d,平均值K=26.0m/d。
该场地卵石④层渗透系数K=26.15m/d。
(2)课程设计题目描述和计算
第一问:
计算基坑大井总涌水量Q(包括基坑仿大井半径r0,基坑影响半径R)
1层地下室大多位于地下水位以上,故不进行涌水量估算;
2层地下室的基坑开挖深度在现有地面以下7.00m左右,按ZK40进行计算:
含水层厚度H=4.55m;
水位降至基底以下1.00m,则S=2.82m;
地下室呈不规则形状,2层地下室面积A=19871×
2/3=13211.3m2。
则r0=(A/π)1/2=(13211.3/3.14)1/2=64.86m;
R=2S(kH)1/2=2×
2.82×
(26.15×
4.55)1/2=61.52m;
Ro=R+ro=126.38m
Q=1.366k(2H-S)S/lg(1+R/r0)=2183.6m3/d。
第二问:
计算单井干扰涌水量Q′
由经验公式可以确定:
q=120πlr(k)1/3
r——过滤器半径(m)l——过滤器进水部分长度(m)k——含水层渗透系数(m/d)
且由题知:
当r=0.3m,l=2m,k=26.15m/d时,代入上式:
q=120*π*0.3*2*(26.15m/d)1/3
=671.38m³
第三问:
需要设置的井数
查找规范可知:
降水井的数量n可按下式计算:
n=1.1Q/q
式中Q——基坑总涌水量
q——设计单井出水量
故:
n=1.1*2183.6/671.38=3.58口
所以取井为四口。
布设形式:
四口井分布在矩形两边的中点上,如图
第四问:
检验基坑中心水头值h0
H²
-hi²
=Q/(πK)*ln(R*R*R*R/r1*r2*r3*r4)
R=126.38r1=r3=r2=r4=71m
S=3.19m>
2.82m符合
4:
结论
参考书目:
[1]薛禹群,《地下水动力学》,地质出版社,1997
[2]中华人民共和国行业标准,建筑基坑支护技术规程,JGJ120-99,1999,北京
[3]张永波,孙新忠,《基坑降水工程》,地震出版社,2000