某地鐵基坑工程抽水試驗(yàn)方法確定滲透系數(shù)分析

武立軍

摘?要： 隨著城市軌道交通的建設(shè)，城市地下工程越來(lái)越多，而地下水的控制和治理對(duì)地下工程的建設(shè)具有重大的影響。該文結(jié)合某地鐵車站基坑工程，利用單井抽水試驗(yàn)和群井抽水試驗(yàn)資料，采用三種不同的求滲透系數(shù)方法，求解地層滲透系數(shù)，并給出滲透系數(shù)推薦值。

關(guān)鍵詞： 地鐵勘察;基坑工程;抽水試驗(yàn);滲透系;

【中圖分類號(hào)】U231.3?????【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A?????【文章編號(hào)】1674-3733（2020）01-0178-02

0?引言

對(duì)地下水評(píng)價(jià)是巖土工程勘察的重要內(nèi)容，而滲透系數(shù)是反映多孔介質(zhì)透水性的一個(gè)重要的水文地質(zhì)參數(shù)，它的正確選取，對(duì)基坑工程設(shè)計(jì)起著至關(guān)重要的作用。

結(jié)合工程實(shí)例，根據(jù)抽水試驗(yàn)資料，采用三種方法計(jì)算地層滲透系數(shù)，通過(guò)對(duì)比分析，給出該基坑設(shè)計(jì)的滲透系數(shù)推薦值。

1?場(chǎng)地水文地質(zhì)條件

該地鐵車站地層自上而下分布如下：

①層主要為粉質(zhì)黏土，層底埋深2.0～4.2m;

②層主要由細(xì)砂、中砂組成，層底埋深22.0～23.5m;

③層主要為黏土，層底埋深25.8～27.8m，局部地段不連續(xù);

④層主要由中、粗砂組成，層底埋深約41.8m;

⑤層為泥巖，未揭穿該層。

本次抽水試驗(yàn)段為④層承壓水含水層，含水層厚度取M=16m。

2?抽水試驗(yàn)概況

2.1?試驗(yàn)井平面布置

次抽水試驗(yàn)共布置5個(gè)抽水井，兩個(gè)觀測(cè)井，試驗(yàn)井平面布置見(jiàn)圖1：

抽水井沿直線布置，間距均采用10m，觀測(cè)井連線垂直于抽水井連線，抽水井3與觀測(cè)井1的間距為10m，觀測(cè)井1與觀測(cè)井2 的間距為10m。

2.2?試驗(yàn)井參數(shù)

試驗(yàn)井參數(shù)見(jiàn)表1：

2.3?抽水試驗(yàn)過(guò)程

本次共進(jìn)行了兩組抽水試驗(yàn)，一組以抽水井3抽水，兩個(gè)觀測(cè)孔觀測(cè)的單井抽水試驗(yàn)，分三個(gè)落程進(jìn)行抽水;一組五個(gè)抽水井同時(shí)抽水，兩個(gè)觀測(cè)井觀測(cè)的群井抽水試驗(yàn)，進(jìn)行1個(gè)落程抽水。

3?抽水試驗(yàn)成果及參數(shù)計(jì)算

3.1?抽水試驗(yàn)成果

根據(jù)抽水試驗(yàn)成果，繪制單井抽水試驗(yàn)三個(gè)落程和群井抽水試驗(yàn)的降深-時(shí)間曲線見(jiàn)圖2～圖5。

從單井抽水試驗(yàn)三個(gè)降深的降深-時(shí)間曲線圖可以看出，抽水井水位很快就達(dá)到了穩(wěn)定狀態(tài)，觀測(cè)井水位變化同抽水井基本相同，且觀測(cè)井水位降深隨著抽水井水位的下降而增大。水位恢復(fù)階段，水位恢復(fù)較快，說(shuō)明地層透水性較好。

從群井抽水試驗(yàn)的降深-時(shí)間曲線圖可以看出，觀測(cè)井1的水位穩(wěn)定較觀測(cè)井2滯后，這是由于五個(gè)抽水井對(duì)觀測(cè)井影響的疊加效果，抽水井距離觀測(cè)井的距離不同，對(duì)觀測(cè)井的影響大小和時(shí)間不同，距離越遠(yuǎn)，影響越小，且距離遠(yuǎn)的抽水井對(duì)觀測(cè)井的影響越滯后。

3.2?單井抽水試驗(yàn)滲透系數(shù)計(jì)算方法

（1）穩(wěn)定流承壓完整井公式

根據(jù)Thiem穩(wěn)定流公式可得：

K=Q2π（s1-s2）Mlnr2r1

式中：M—含水層厚度（m）;

K—承壓含水層滲透系數(shù)（m/d）;

Q—抽水井的涌水量（m3/d）;

r1—抽水井3與觀測(cè)井1的距離（m）;

r2—抽水井3與觀測(cè)井2的距離（m）;

s1—觀測(cè)井1的水位降深（m）;

s2—觀測(cè)井2的水位降深（m）。

（2）水位恢復(fù)法

當(dāng)r2u*4πTSymbolcB@

0.01時(shí)，根據(jù)

s'=2.3Q4πTlg2.25Ttr2u*-lg2.25Tt'r2u*=2.3Q4πTlgtt'

t'=t-tp

式中：T—導(dǎo)水系數(shù)（m2/d）;u*—含水層的貯水系數(shù);

Q—抽水井流量（m3/h）;s'—剩余降深（m）;

sp—停止抽水時(shí)刻的降深;

tp—停止抽水時(shí)刻（min）;

t'—從水位恢復(fù)起至計(jì)算時(shí)刻的時(shí)間（min）;

t—自抽水開(kāi)始到計(jì)算時(shí)刻的時(shí)間（min）;

r—計(jì)算點(diǎn)到抽水井距離（m）

表明s'與lgtt'呈線性關(guān)系。利用水位恢復(fù)資料繪出s'-lgtt'直線，求的斜率i，根據(jù)公式T=2.3Q4πi和sp=2.3Q4πTlg2.25Ttpr2u*，求得導(dǎo)水系數(shù)與貯水系數(shù)。

3.3?群井抽水試驗(yàn)滲透系數(shù)計(jì)算方法

當(dāng)泰斯公式在滿足u=r24at<0.1的條件時(shí)可寫成雅克布公式，即s=2.3Q4πTlg2.25atr2，根據(jù)疊加原理可知群井抽水時(shí)，在某一點(diǎn)引起的水位降深，應(yīng)等于各井單獨(dú)抽水時(shí)該點(diǎn)引起的降深之和，即：

S=S1+S2+S3+…+Sn=∑ni=1Si

因此兩觀測(cè)孔的降深可寫成下面兩式：

S1=2.304πT（Q1lg2.25atr211+Q2lg2.25atr212…+Qnlg2.25atr21n） 式①

S2=2.304πT（Q1lg2.25atr221+Q2lg2.25atr222…+Qnlg2.25atr22n） 式②

由式①和式②可以得出：

S1-S2=2.304πT（Q1lgr221r211+Q2lgr222r212…+Qnlgr22nr21n）??式③

T=KM帶入式③整理后得到：

K=∑ni=12.30Qi4πS1-S2Mlgr22ir21i

式中：S1、S2為觀測(cè)井1和觀測(cè)井2的降深（m）;

Q1、Q2….Qn為各抽水井的流量（m3/d）;

r1i為測(cè)觀井1到抽水井i的距離（m）;

r2i為觀測(cè)井2到抽水井i的距離（m）;

M為含水層厚度（m）。

3.3?計(jì)算成果分析

基于單井抽水試驗(yàn)和群井抽水試驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用三種不同的方法計(jì)算地層的滲透系數(shù)。

根據(jù)穩(wěn)定流承壓完整井公式計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2：

表2?穩(wěn)定流承壓完整井公式計(jì)算滲透系數(shù)

抽水流量

Q（m3/h）根據(jù)水位恢復(fù)法求得的滲透系數(shù)結(jié)果見(jiàn)表3：

根據(jù)群井抽水試驗(yàn)計(jì)算的滲透系數(shù)見(jiàn)表4：

從抽水試驗(yàn)計(jì)算成果可以看出，第三落程（Q=90.7m3/h）計(jì)算的滲透系數(shù)結(jié)果離散性較大，故采用前兩個(gè)落程的計(jì)算結(jié)果。穩(wěn)定流承壓完整井計(jì)算的滲透系數(shù)平均值為40.5m/d，水位恢復(fù)法計(jì)算的滲透系數(shù)平均值為33.6m/d，群井抽水試驗(yàn)計(jì)算的滲透系數(shù)為34.1m/d。

從滲透系數(shù)計(jì)算結(jié)果看，穩(wěn)定流承壓完整井求得的滲透系數(shù)最大，其次是群井抽水試驗(yàn)，水位恢復(fù)法求得的滲透系數(shù)最小，其中水位恢復(fù)法和群井抽水試驗(yàn)求得的結(jié)果相近。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，取平均值作為滲透系數(shù)推薦值，推薦值為36.1m/d。

4?結(jié)論

（1）抽水試驗(yàn)是工程中求取滲透系數(shù)常用的方法之一，根據(jù)抽水試驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用不同的計(jì)算方法，可使參數(shù)取值更合理。

（2）本文通過(guò)單井抽水試驗(yàn)和群井抽水試驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用三種方法求解滲透系數(shù)，取其平均值作為滲透系數(shù)推薦值，該車站場(chǎng)地④層微承壓水含水層滲透系數(shù)推薦值取36.1m/d。

參考文獻(xiàn)

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