济南市富水地层基坑降水与回灌理论计算及试验研究

摘要

济南地区地下水资源丰富，给济南轨道交通建设带来了巨大的困难和挑战。基坑工程降水影响周边环境，不利于济南市的泉水保护，因此考虑采用地下水回灌技术，把抽取的地下水原位回灌到含水层中，保证基坑外一定范围内地下水位不发生明显变化，尽量减少对周边环境的不利影响，同时又可以补给地下水。但目前有关回灌计算理论及相关试验的研究较少且不成熟，缺乏完善的理论计算体系，为此开展基坑降水与回灌理论计算及相关试验研究具有深远的现实意义。
　　本文依托济南轨道交通R1线基坑工程，通过理论分析、模型试验、现场试验和数值模拟相结合的研究方法，对富水地层基坑降水回灌计算理论进行了研究，并通过模型试验和现场试验对计算理论进一步完善，最后将研究结果应用到实际工程中。主要研究工作和相关结果如下:
　　(1)系统地下水回灌计算理论研究。在前人研究的基础上，通过建立地下水回灌的数学模型并进行求解和分析，对单井回灌理论计算公式进行补充完善，并确定回灌影响半径的计算方法。在此基础上，根据水流叠加原理，进一步推求多井抽水、多井回灌、抽水回灌同时进行工况下的稳定流和非稳定流计算公式，此外，根据映象法推导了边界附近的回灌计算公式，进一步完善了现有地下水抽水回灌计算理论。
　　(2)济南市典型砂卵石地层的室内回灌模型试验研究。模型试验真实模拟管井回灌过程，得到地下水渗流场随时间的变化规律，通过对试验数据进行整理分析，验证了管井回灌非稳定流计算理论。
　　(3)现场回灌试验规律性分析及对计算理论的修正。根据济南地区现场回灌试验现象和试验数据，探讨济南地区管井回灌规律，分析回灌效果。针对各种原因引起的实际回灌效率低于理论值的问题，提出降低计算公式中渗透系数的方法。结果表明，实际地层回灌的渗透系数比原地层渗透系数降低2/3～3/4。
　　(4)济南轨道交通R1线沿线某深基坑工程降水回灌方案设计。将回灌计算理论应用到实际基坑降水与回灌方案设计中，通过数值分析软件模拟基坑降水与回灌引起的地下水位变化，优化基坑降水回灌方案。通过对数值计算结果与理论计算结果的对比分析证明了基坑降水回灌设计方案的可行性，同时也验证了抽灌结合计算理论，为实际工程施工提供了借鉴和指导作用。

目录

声明

摘要

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 回灌计算理论研究现状

1．2．2 回灌试验研究现状

1．2．3 回灌技术应用

1．2．4 回灌数值模拟研究现状

1．3 研究内容与技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 技术路线

1．4 创新点

2．1 概述

2．2 地下水井流理论的发展

2．2．1 稳定井流理论

2．2．2 非稳定井流理论

2．3 地下水单井回灌计算理论

2．3．1 单井回灌稳定流计算理论

2．3．2 单井回灌非稳定流计算理论

2．3．3 影响半径R

2．4 地下水多井抽水回灌计算理论

2．4．1 水流叠加原理

2．4．2 多井抽水稳定流计算理论

2．4．3 多井抽水非稳定流计算理论

2．4．4 多井回灌稳定流计算理论

2．4．5 多井回灌非稳定流计算理论

2．4．6 抽灌结合系统的地下水位计算

2．5 边界附近的回灌井计算理论

2．5．1 映象法原理

2．5．2 隔水边界附近回灌水位计算

2．5．3 定水头边界附近回灌水位计算

2．6 本章小结

3．1 概述

3．2 回灌模型设计与试验方案

3．2．1 回灌模型设计

3．2．2 回灌方案设计

3．3 模型试验过程

3．4 潜水含水层回灌试验

3．4．1 潜水含水层回灌试验结果

3．4．2 试验结果与理论计算结果对比

3．4．3 结果与讨论

3．5 承压含水层回灌试验

3．5．1 承压舍水层回灌试验结果

3．5．2 试验结果与理论计算结果对比

3．5．3 结果与讨论

3．6 本章小结

4．1 概述

4．2 潜水含水层现场回灌试验

4．2．1 试验目的

4．2．2 试验场地及地质条件

4．2．3 单井回灌试验

4．2．4 潜水舍水层回灌稳定流计算理论修正

4．2．5 多井回灌试验

4．2．6 修正后计算理论验证

4．2．7 结果与讨论

4．3．1 试验目的

4．3．2 试验场地及地质条件

4．3．3 试验过程与试验数据

4．3．4 承压舍水层回灌稳定流计算理论修正

4．3．5 结果与讨论

4．4 本章小结

第5章 济南市某深基坑工程降水与回灌方案设计

5．1 概述

5．2 工程概况

5．3 降水方案设计

5．3．1 设计要求

5．3．2 设计依据

5．3．3 方案设计

5．3．4 复核基坑中心水位降深

5．4 回灌方案设计

5．5 数值模拟

5．5．1 数值计算模型建立

5．5．2 数值模拟结果分析

5．5．3 观测点的模拟和计算水位

5．6 本章小结

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

硕士期间发表的学术论文