一種在止水帷幕作用下水文地質(zhì)參數(shù)的確定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種建筑工程技術(shù)領(lǐng)域的方法，具體地，設(shè)及一種在止水帷幕作用下 水文地質(zhì)參數(shù)的確定方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，城市化要求空前高漲，地下空間的合理開(kāi)發(fā)與應(yīng)用顯得 分外重要。近年來(lái)大量的深基坑工程不斷涌現(xiàn)，同時(shí)地下水對(duì)基坑安全的影響非常大，尤其 是承壓水，是基坑安全施工的重要因素之一。承壓含水層測(cè)壓水頭的頂托作用對(duì)坑底可能 造成突涌現(xiàn)象，需要降低承壓水水位，從而保證基坑的安全。目前廣泛使用止水帷幕聯(lián)合大 口徑井的方式來(lái)降低基坑內(nèi)地下水水位。合理的基坑降水設(shè)計(jì)需要建立在了解含水層水文 地質(zhì)參數(shù)的基礎(chǔ)上。對(duì)于承壓含水層來(lái)說(shuō)，一般采用現(xiàn)場(chǎng)抽水試驗(yàn)的方式來(lái)確定含水層的 水文地質(zhì)參數(shù)。然而在許多工程中，抽水試驗(yàn)常常在止水帷幕存在的情況下進(jìn)行，而基坑止 水帷幕的存在改變了地下水滲流環(huán)境，使得含水層厚度發(fā)生了不連續(xù)的、階段性的變化，運(yùn) 就對(duì)水文地質(zhì)參數(shù)的計(jì)算造成了困難。
[0003] 經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有利用解析解法確定水文地質(zhì)參數(shù)的方法，如 Theis法、Cooper and Jacob法、Han化sh-Jacob法，僅適用于無(wú)界承壓含水層中，不能應(yīng)用 于含水層厚度不連續(xù)的情況。張楠于2011年在《地下空間與工程學(xué)報(bào)》中發(fā)表的《深基坑 水文地質(zhì)參數(shù)的確定及降水設(shè)計(jì)》一文中勉強(qiáng)利用Han化sh-Jacob法對(duì)上海虹口商城基坑 工程抽水試驗(yàn)進(jìn)行了擬合，該工程地下連續(xù)墻部分或全部隔斷上海市第I承壓含水層，該 作者利用抽水井所有時(shí)段觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，結(jié)果顯然是不合理的。目前，對(duì)于利用止水帷 幕作用下的抽水試驗(yàn)求解水文地質(zhì)參數(shù)，應(yīng)用最為廣泛的是數(shù)值反演法。如楊建民于2008 年在《±木工程學(xué)報(bào)》上發(fā)表的《天津站抽水試驗(yàn)數(shù)值反演分析》，利用數(shù)值法求出了各含水 層滲透系數(shù)、儲(chǔ)水率。利用數(shù)值法能夠確定含水層水平向及豎向滲透系數(shù)，但是建立數(shù)值模 型進(jìn)行計(jì)算比較復(fù)雜，耗時(shí)太長(zhǎng)，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)工程師來(lái)說(shuō)，難W直接利用數(shù)值法確定含水層的 水文地質(zhì)參數(shù)。因此，現(xiàn)有的技術(shù)文獻(xiàn)尚不能提供可W直接確定止水帷幕作用下基坑內(nèi)抽 水時(shí)含水層水文地質(zhì)參數(shù)的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種簡(jiǎn)單、方便、可靠的在止水帷幕 作用下基坑內(nèi)抽水時(shí)含水層水文地質(zhì)參數(shù)的確定方法，為地下工程的施工及環(huán)境保護(hù)提供 更可靠的依據(jù)。 陽(yáng)〇化]為實(shí)現(xiàn)W上目的，本發(fā)明提供一種在止水帷幕作用下水文地質(zhì)參數(shù)的確定方法， 所述方法是在獲取±層信息及水文地質(zhì)信息的基礎(chǔ)上確定試驗(yàn)期間抽水井抽水量，W半對(duì) 數(shù)坐標(biāo)系記錄試驗(yàn)期間觀測(cè)井水位降深及對(duì)應(yīng)時(shí)間，根據(jù)記錄的降深時(shí)間曲線特征劃分不 同時(shí)段，分別對(duì)第二時(shí)段后期數(shù)據(jù)和第Ξ時(shí)段數(shù)據(jù)進(jìn)行直線擬合，記錄第二時(shí)段截距W及 第Ξ時(shí)段斜率，從而確定含水層的水文地質(zhì)參數(shù)。
[0006] 所述方法包括如下步驟：
[0007] 第一步，獲取場(chǎng)地的±層信息及水文地質(zhì)信息；
[0008] 第二步，結(jié)合基坑設(shè)計(jì)及降水方案，確定基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)信息、降水井信息；
[0009] 第Ξ步，確定觀測(cè)井的水位：
[0010] 測(cè)量抽水試驗(yàn)期間觀測(cè)井觀測(cè)時(shí)間t及相應(yīng)水位降深值，建立半對(duì)數(shù)坐標(biāo)系，W 時(shí)間t為橫軸，水位降深S為縱軸，作出水位降深隨時(shí)間變化的s-lgt散點(diǎn)圖；
[0011] 第四步，對(duì)水位降深進(jìn)行分析，并將s-lgt散點(diǎn)圖劃分不同時(shí)段：
[0012] 根據(jù)止水帷幕深度、降水井深度及s-lgt散點(diǎn)圖變化趨勢(shì)特征判斷水位受止水帷 幕和降水井的影響程度，并將水位隨時(shí)間的變化分為四個(gè)不同的時(shí)段，即第一、第二、第Ξ、 第四時(shí)段；
[0013] 所述第一時(shí)段是指：抽水試驗(yàn)初期，水位降深不受止水帷幕影響，在s-lgt散點(diǎn)圖 上表現(xiàn)為基坑內(nèi)觀測(cè)井水位降深小于一設(shè)定值（比如小于5%倍最大水位降深時(shí)的工程上 可W忽略的數(shù)值），且隨時(shí)間緩慢增長(zhǎng)，基坑外觀測(cè)井水位降深為0,該時(shí)段持續(xù)時(shí)間很短；
[0014] 所述第二時(shí)段是指：水位降深的變化受止水帷幕的影響，在s-lgt散點(diǎn)圖上表現(xiàn) 為水位降深隨時(shí)間快速增長(zhǎng)，水位降深增長(zhǎng)速率及該時(shí)段持續(xù)時(shí)間受抽水井深度和止水帷 幕進(jìn)入承壓含水層的深度有關(guān)，且該時(shí)段后期數(shù)據(jù)點(diǎn)擬合出一條直線，其延長(zhǎng)線與橫軸的 交點(diǎn)與同等抽水條件下Cooper-Jacob直線的交點(diǎn)重合；
[0015] 第Ξ時(shí)段是指：水位降深的變化不受止水帷幕的影響，在s-lgt散點(diǎn)圖上表現(xiàn)為 水位降深隨時(shí)間增長(zhǎng)，其特征為不同止水帷幕深度下數(shù)據(jù)點(diǎn)擬合出的直線斜率與同等抽水 條件下的Cooper-Jacob直線具有相同的斜率，且該斜率小于第二時(shí)刻擬合出的直線斜率， 該時(shí)段持續(xù)時(shí)間與抽水井深度和止水帷幕進(jìn)入承壓含水層的深度有關(guān)；
[0016] 所述第四時(shí)段是指：水位降深的變化不受止水帷幕的影響，在s-lgt散點(diǎn)圖上表 現(xiàn)為水位降深隨時(shí)間緩慢增長(zhǎng)，數(shù)據(jù)點(diǎn)擬合直線斜率為0。
[0017] 第五步，根據(jù)第二時(shí)段與第Ξ時(shí)段的水位降深數(shù)據(jù)點(diǎn)確定承壓含水層的水文地質(zhì) 參數(shù)。
[0018] 優(yōu)選地，第一步中，所述的±層信息是指：通過(guò)鉆孔取±獲取基坑下方±樣進(jìn)行顆 粒分析試驗(yàn)，確定±樣各粒組±粒含量，并參考我國(guó)《±的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)（GBJ145-90)》確定±體 類(lèi)型；取±量根據(jù)試件量確定，W不少于Ξ個(gè)試件為宜。
[0019] 優(yōu)選地，第一步中，所述的水文地質(zhì)信息是指：含水層類(lèi)型和厚度b，通過(guò)鉆孔取 ±獲得的±層信息來(lái)判斷。
[0020] 更優(yōu)選地，所述的含水層類(lèi)型是指：無(wú)隔水頂板的潛水含水層和有隔水頂?shù)装宓?承壓含水層。
[0021] 優(yōu)選地，第二步中，所述的基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)信息是指：基坑止水帷幕深度。
[0022] 優(yōu)選地，第二步中，所述的降水井信息包括：降水井位置、降水井深度、降水井過(guò)濾 器位置及長(zhǎng)度、抽水井抽水層位、觀測(cè)井觀測(cè)層位和抽水井抽水量；其中：
[0023] 所述的過(guò)濾器是指：降水井中安放在含水層中的、能透水的管；
[0024] 所述的抽水井抽水層位是指：抽水井過(guò)濾器所在的層位；
[00巧]所述的觀測(cè)井觀測(cè)層位是指：觀測(cè)井過(guò)濾器所在的層位；
[0026] 所述的抽水井抽水量是指：?jiǎn)蝹€(gè)抽水井單位時(shí)間抽出的水量，記為成;所述抽水量 由水表測(cè)量得到。
[0027] 更優(yōu)選地，所述的水表測(cè)量是指：在抽水井井口附近的排水管上安裝水表，啟動(dòng)抽 水累，待排水管開(kāi)始出水后記下水表的初始讀數(shù)，計(jì)時(shí)t小時(shí)（t> 2)后，讀出水表的實(shí)時(shí) 讀數(shù)，兩個(gè)數(shù)的差值除W時(shí)間t即為該抽水井每小時(shí)的抽水量。
[0028] 優(yōu)選地，所述的第Ξ步中，所述的觀測(cè)井的水位通過(guò)測(cè)繩測(cè)量。
[0029] 更優(yōu)選地，所述的測(cè)繩測(cè)量是指：將測(cè)繩放入觀測(cè)井中測(cè)量，用于測(cè)量觀測(cè)井內(nèi)水 位降深；進(jìn)行水位測(cè)量時(shí)，在抽水試驗(yàn)抽水井開(kāi)始抽水后的第1、2、3、4、6、8、10、15、20、25、 30、40、50、60、80、100、120111111進(jìn)行測(cè)量，^后可每隔30111111測(cè)量一次，直到結(jié)束，并記錄對(duì) 應(yīng)時(shí)刻降深S。
[0030] 優(yōu)選地，所述的Cooper-Jacob直線是指：在天然狀態(tài)下即承壓含水層厚度不變的 情況下，單井抽水時(shí)觀測(cè)井水位降深及相應(yīng)時(shí)間在半對(duì)數(shù)坐標(biāo)s-lgt下的數(shù)據(jù)點(diǎn)擬合出的 一條直線。
[0031] 優(yōu)選地，第五步中，所述的承壓含水層的水文地質(zhì)參數(shù)包括：承壓含水層導(dǎo)水系數(shù) T、滲透系數(shù)k、儲(chǔ)水系數(shù)S;
[0032] 具體按W下方式確定：
[0033] (1)將第Ξ時(shí)段水位降深數(shù)據(jù)點(diǎn)擬合為一條直線，該直線斜率記為is;
[0034] 所述承壓含水層導(dǎo)水系數(shù)T滿足W下公式：
[0035]
[0036]其中：為抽水井抽水量，ig為第Ξ時(shí)段擬合直線斜率，所述ig滿足W下公式：
[0037]
[003引其中：Si、S2為第Ξ時(shí)段擬合直線上任意兩點(diǎn)水位降深；Igt1、lgt2分別為S1、S2對(duì) 應(yīng)時(shí)間；
[0039] 所述滲透系數(shù)k滿足W下公式：
[0040]
[0041] 其中，b為承壓含水層厚度；
[0042] (2)將第二時(shí)段后期數(shù)據(jù)點(diǎn)擬合為一條直線段，延長(zhǎng)該直線段與橫軸交于一點(diǎn)，記 為t。；
[0043] 所述儲(chǔ)水系數(shù)S滿足W下公式：
[0044]
[0045] 其中：T為導(dǎo)水系數(shù)；t。為擬合直線延長(zhǎng)線與橫軸的交點(diǎn)；r為觀測(cè)井與抽水井間 距離，由鋼尺測(cè)得。
[0046] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：
[0047] 本發(fā)明提供了一種基坑止水帷幕存在于承壓含水層中的條件下，坑內(nèi)抽水時(shí)，直 接確定承壓含水層水文地質(zhì)參數(shù)的方法，為基坑降水設(shè)計(jì)提供了依據(jù)，為工程的安全及環(huán) 境的保護(hù)提供了有效保障。本發(fā)明方法簡(jiǎn)單、實(shí)用，便于推廣，具有很大的應(yīng)用價(jià)值。
【附圖說(shuō)明】
[0048] 通過(guò)閱讀參照W下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、 目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯：
[0049] 圖1為本發(fā)明一實(shí)施例觀測(cè)井水文地質(zhì)參數(shù)確定原理圖；
[0050] 圖2為本發(fā)明一實(shí)施例抽水井和觀測(cè)井的位置關(guān)系圖；
[0051] 圖3為本發(fā)明一實(shí)施例觀測(cè)井水位降深曲線分時(shí)段擬合圖。
【具體實(shí)施方式】
[0052] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。W下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù) 人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不W任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù) 人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可W做出若干變形和改進(jìn)。運(yùn)些都屬于本發(fā)明 的保護(hù)范圍。
[0053] 如圖1-圖3所示，本實(shí)施例提供一種在止水帷幕作用下水文地質(zhì)參數(shù)的確定方 法，用于某上海軌道交通風(fēng)井工程，基坑設(shè)計(jì)尺寸為邊長(zhǎng)49mX22. 5m的長(zhǎng)方形，基坑開(kāi)挖 深度28. 15m，采用地下連續(xù)墻作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)；所述方法包括如下步驟：
[0054] 第一步，通過(guò)鉆孔取±方法獲取場(chǎng)地的±