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        完整井抽水試驗(yàn)計(jì)算方法的可靠性分析

        2015-03-27 03:26:22
        黑龍江水利科技 2015年11期
        關(guān)鍵詞:滲透系數(shù)試驗(yàn)區(qū)含水層

        郭 輝

        (1.黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,哈爾濱150080;2.吉林大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院,長(zhǎng)春750000)

        文章運(yùn)用不同方法理論就牡丹江江心島某工程滲透系數(shù)的計(jì)算進(jìn)行對(duì)比、分析,對(duì)完整井穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)滲透系數(shù)的計(jì)算方法合理性提出可靠的結(jié)論[1]。

        1 工程概況

        該試驗(yàn)區(qū)為寧安市牡丹江夾心島,四面環(huán)水,為牡丹江河漫灘及一級(jí)階地,地勢(shì)起伏不大。河流由西向東流過(guò)。鉆探揭露地層巖性依次為[2]:

        1)第四系全新統(tǒng)沖積層(alQ4):①含砂低液限黏土:黃色~灰黃色,濕,可塑,局部含有細(xì)砂夾層,厚度0.70 ~2.60 m,分布于試驗(yàn)區(qū)上部;②級(jí)配不良中礫:黃褐色,密實(shí),飽水,含卵石約占10%,粗礫約占20%~30%,含細(xì)礫20%左右,余為中粗砂,礫石磨圓度好,多為火成巖,礫徑最大16 cm。厚度3.40~6.50 m,分布于試驗(yàn)區(qū)底部。

        2)下伏白堊系泥砂巖,灰色~灰黑色,泥質(zhì)膠結(jié),塊狀構(gòu)造,主要礦物成份為長(zhǎng)石、石英和云母,局部夾有泥巖。巖石質(zhì)量指標(biāo)RQD=0%~96%,巖體透水率q=20.49 Lu,為中等透水巖體。

        3)地下水以第四系松散層孔隙潛水為主:①含水層巖性主要為級(jí)配不良中礫,含水層厚度0.90 ~7.50 m;②地下水位246.54 ~247.47 m。地下水接受大氣降水及河流補(bǔ)給,排泄以蒸發(fā)和側(cè)向徑流為主,與地表水有密切的水力聯(lián)系。

        2 抽水試驗(yàn)布置及數(shù)據(jù)

        本次試驗(yàn)采用完整井多孔穩(wěn)定流抽水試驗(yàn),沿水流垂直方向布置觀測(cè)孔3 個(gè),分別離抽水孔5 m、10 m、20 m。根據(jù)試驗(yàn)區(qū)水文地質(zhì)情況設(shè)計(jì)2 次降深分別為1.50 m、2.00 m,實(shí)際抽水降深為1.31 m、1.71 m[3]。試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

        表1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

        3 滲透系數(shù)計(jì)算

        3.1 采用單孔法計(jì)算

        目前對(duì)單井滲透系數(shù)的計(jì)算公式各種規(guī)范、手冊(cè)所表達(dá)形式雖各不相同,但最終結(jié)果相差較小。采用單井法計(jì)算滲透系數(shù),影響半徑的預(yù)測(cè)對(duì)計(jì)算精度的影響最為關(guān)鍵[4]。

        《抽水試驗(yàn)規(guī)程》(YS5215—2000)5.3.8 推薦的公式為:

        周橋似乎意識(shí)到了作為管理者的不足,他去書店買了一大堆關(guān)于管理和人際關(guān)系的書籍,有些放在辦公室,有些放在床頭,閑來(lái)就看看。

        式中:k 為滲透系數(shù),m/d;Q 為抽水井涌水量,m3/d;H 為含水層厚度,m;S 為抽水井水位下降值,m;R 為影響半徑,m;r 為抽水井半徑,mm。

        根據(jù)表1 及公式(2)取第1、2 次降深引用補(bǔ)給半徑為R=70m、R=80m,則分別計(jì)算的等效滲透系數(shù)分別為:k=113.37 m/d、k=63.62 m/d。

        3.2 采用多孔法計(jì)算

        采用觀測(cè)孔計(jì)算滲透系數(shù)主要分為單一觀測(cè)孔和利用雙觀測(cè)孔[5]。本次采用2 個(gè)觀測(cè)孔計(jì)算滲透系數(shù)公式為:

        式中:S1、S2為水位下降值,m;r1、r2為距抽水孔距離,m。

        計(jì)算結(jié)果見(jiàn)于表2。

        表2 利用觀測(cè)孔計(jì)算值

        3.3 采用水位恢復(fù)法計(jì)算

        利用抽水試驗(yàn)水位恢復(fù)資料計(jì)算滲透系數(shù)是水文地質(zhì)參數(shù)計(jì)算的重要方法,由于抽水達(dá)到穩(wěn)定以后,降落漏斗逐漸恢復(fù),水位恢復(fù)不受抽水流量等因素的波動(dòng)影響,因而計(jì)算的參數(shù)值較準(zhǔn)確、可靠。

        對(duì)于穩(wěn)定流完整井抽水實(shí)驗(yàn),水位恢復(fù)法計(jì)算滲透系數(shù)采用以下公式:

        式中:k 為滲透系數(shù),m/d;Q 為抽水井涌水量,m3/d;M 為含水層厚度,m;mi為S—lgt 關(guān)系曲線拐點(diǎn)處的斜率;B 為越流因數(shù);r 為抽水井半徑,mm。

        根據(jù)水利水電工程鉆孔抽水試驗(yàn)規(guī)程(SL320—2005)附錄E 及表1,計(jì)算所得第1 次、第2 次降深所對(duì)應(yīng)的滲透系數(shù)為:81.50 m/d、77.05 m/d[6]。

        3.4 井損對(duì)滲透系數(shù)的影響

        井損在抽水試驗(yàn)中主要產(chǎn)生于水流通過(guò)過(guò)濾器時(shí),對(duì)主井降深超過(guò)20 m的大降深抽水試驗(yàn)有著較大的影響。本試驗(yàn)區(qū)含水層厚度為3.2 m,最大開(kāi)挖基坑深度<10 m,并且本試驗(yàn)最大降深<20 m,故井損對(duì)滲透系數(shù)的影響較小不予考慮。

        3.5 采用顆粒分析計(jì)算

        滲透系數(shù)的影響因素很多,諸如介質(zhì)的類型、級(jí)配、孔隙比等。王萬(wàn)杰、A.Shafiee 等人對(duì)滲透系數(shù)與砂土顆粒級(jí)配間的關(guān)系以及河床沉積物滲透系數(shù)的計(jì)算進(jìn)行了研究[7]。

        作者根據(jù)相關(guān)理論對(duì)本試驗(yàn)區(qū)的級(jí)配不良中礫的土工試驗(yàn)成果d10=0.542 mm,根據(jù)(《工程地質(zhì)手冊(cè)》第4 版表3-1-23)礫砂的滲透系數(shù)經(jīng)驗(yàn)值為51.84 ~155.52 m/d,選用《工程地質(zhì)手冊(cè)》第4 版(3—1—54)砂土的滲透系數(shù)與有效粒徑的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系公式:

        式中:K 為滲透系數(shù),m/d;d10為顆粒的有效粒徑,mm;t 為滲透水的溫度,℃;C 為常數(shù),黏土質(zhì)砂取500 ~700,純砂取700 ~1000。

        該級(jí)配不良中礫的滲透系數(shù)為150.11 ~249.70 m/d,在試驗(yàn)區(qū)上覆含砂低液限黏土及下伏砂礫巖對(duì)該層滲透系數(shù)的影響較小可以不予考慮。結(jié)合試驗(yàn)區(qū)鉆探資料,該區(qū)域建議滲透系數(shù)150 m/d??梢?jiàn)利用土工資料對(duì)滲透系數(shù)進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)估算完全滿足實(shí)際工程需要,安全系數(shù)在1.5 ~2,僅適合于很少的實(shí)際工程問(wèn)題[8]。

        4 結(jié)論及建議

        通過(guò)單孔抽水法、多孔抽水法、水位恢復(fù)法及顆粒分析等多種方法分析和計(jì)算,得到的結(jié)論如下:

        1)采用多種抽水計(jì)算方法和水位恢復(fù)計(jì)算法結(jié)果相對(duì)比較準(zhǔn)確,多孔抽水計(jì)算方法計(jì)算簡(jiǎn)單、精度較高,滲透系數(shù)與實(shí)際情況較為符合;水位恢復(fù)法結(jié)果準(zhǔn)確可靠性更高,但計(jì)算難度較大,選取參數(shù)難度較大。

        2)單孔抽水試驗(yàn)計(jì)算出的滲透系數(shù)跨度大,受流量、降深以及預(yù)測(cè)半徑的影響嚴(yán)重,與實(shí)際情況偏差較大。

        3)采用顆粒分析計(jì)算受取樣、實(shí)驗(yàn)等人為因素影響較大。在水文地質(zhì)參數(shù)的分析計(jì)算中,應(yīng)對(duì)相關(guān)抽水試驗(yàn)的過(guò)程逐步分析計(jì)算,采用不同的方法進(jìn)行計(jì)算對(duì)比,確定合理的方法,避免單個(gè)計(jì)算公式造成較大的誤差。

        [1]常士驃,張?zhí)K民.工程地質(zhì)手冊(cè)(第4 版)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2007:132-171.

        [2]薛禹群.地下水動(dòng)力學(xué)(第2 版)[M].北京:地質(zhì)出版社,1997:107-120.

        [3]房佩賢,衛(wèi)中鼎,廖資生.專門水文地質(zhì)學(xué)(第1 版)[M].北京:地質(zhì)出版社,1996:33-42.

        [4]長(zhǎng)江水利委員會(huì)長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)院.SL320—2005 水利水電工程鉆孔抽水試驗(yàn)規(guī)程[S].北京:中國(guó)水利水電出版社,2005.

        [5]中華人民共和國(guó)建設(shè)部.GB50027—2001 供水水文地質(zhì)試驗(yàn)規(guī)范[S].北京:中國(guó)水利水電出版社,2001

        [6]徐建國(guó).抽水試驗(yàn)水位恢復(fù)資料分析方法的改進(jìn)[J].地下水,1997(03):121-129+129.

        [7]楊柳.楊正文.巖土工程勘察中抽水試驗(yàn)探討[J].工程建設(shè),2009,41(03):24-26+31.

        [8]樊貴盛,邢日縣,張明斌.不同級(jí)配砂礫石介質(zhì)滲透系數(shù)的試驗(yàn)研究[J].太原理工大學(xué)學(xué)報(bào),2012,43(03):151-156.

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