基坑降水的非完整井流计算精选.docVIP

基坑降水的非完整井流计算【摘要】　用三维边界单元法解决基坑施工中非完整井降水的渗流计算问题，为降水方案设计提供依据，并对降水过程作出预测。　　【关键词】　基坑降水　基坑施工　非完整井流计算　　【Abstract】　The seepage calculation for partly penetrated well dewatering is solved in foundation pit construction by the three dimensional boundary elements method.This provides the basis for the scheme design of dewatering,and can make a prediction for dewatering process.　　【key words】　foundation dewatering　foundation pit construction　calculation for partially penetrated well flow. 0　前　言　　在建筑工程的深基坑施工过程中，往往要求将地下水位降到一定的深度之下，目的是使基坑的坑底面不积水，便于施工。另一方面，降低水位是为了减小基坑的水压力，防止坑底土层破坏或防止发生流砂、管涌等现象。同时基坑降水还能减小基坑侧壁的渗透压力，有助增加基坑侧壁的稳定性。因此基坑降水在深基坑工程中占有重要位置。在南方软土地区，由于地下水位浅，土质软弱，基坑降水的作用更加突出。　　基坑降水的方案设计必须既科学又经济。降水方案首先要确保降水效果能够达到预期的目的，降水过程能够按预定计划有控制地实行；其次，应考虑降水工程的经济性，做到以尽量少的工程费用实现降水的目的。　　节约降水费用的关键是设计最经济的井数、井深及降水井的合理布置。降水井的个数主要取决于单井的降水深度和单井的有效降深范围。由于上海地区浅部土层的渗透性较小，因此降水井附近的降落曲线较陡，使得降水影响范围较小。由于渗透缓慢，一味地增加井的深度并不能明显地增大降水影响范围。因此实际工程中的降水井往往是浅井，没有打穿含水层，使得降水井变成了非完整井。非完整井的渗流情况相当复杂，给计算增加了困难。　　在经典理论中，对于非完整井的稳定流，通过作出简化假设，得出了些近似解，如半无限承压含水层中非完整井的В.П．Бабушкин巴布什金公式、含水层厚度有限时承压含水层中的非完整井的Muskat马斯克特公式。而对潜水非完整井，则通过将渗流区分为上下两区，将上段看作潜水完整井，将下段看作承压非完整井的方法来解决。经典理论的非完整井的稳定流近似解，不能适应渗流介质的非均质性问题，也不能用于不规则边界问题，更不能描述渗流的非稳定流过程。　　基坑降水的渗流过程实际上是一个三维的非稳定流问题。本文将应用三维边界单元法解决此问题。　　1　三维边界单元法　　地下水运动控制方程为(1) 式中：Φ——测压水头；K——渗透系数；　　Nw——井的数目；　　Qj——第j个井的流量；　zBj、zTj——为第j井过滤器的底和顶位置的垂向坐标，第j井的滤水管位于(xj，yjzj;zBj＜zj＜zTj)。　　据场论的格林积分定理有　　(2) 式中：D——积分域；Ω——D的边界；　U、v——D上任意二次可微函数。　　在三维流地下水问题中，取U为渗透速度势Φ；v为三维自由空间格林函数，。其中g——为点Q(x)至奇点P(x0)的距离。将U=Φ、代入式(2)，且将点Q(x)放在边界Ω上，把奇点P(x0)放在D域内或界上，经数学处理后得(3) 式中： Φ(p)——基本点p的势；α——立体角。若p在域内，则α=4π。如p在边界上，且边界光滑，则α=2π。　　式(3)用数值法求解。将渗流区的边界Ω剖分成M个三角单元，N个结点。单元内的Φ和Φ/n通过插值函数｛N｝进行插值，即 (4) 式中：｛Φ｝、——分别为单元上三个结点的Φ向量和向量。　　对于第i个节点pi,可将式(3)化为离散形式　(5) 式中：｛a｝e、｛b｝e——依赖于边界单元局部几何量的向量。对边界上N个结点轮流使用式(5)就形成含有N个未知量的N维线性方程组，经整理得　　［H］｛u｝＝｛γ｝＋｛h｝(6) 式中：［H］——已知系数矩阵；　　｛u｝——每一结点未知量组成的向量；　　｛γ｝——已知量的向量；　　｛h｝——抽水井的影响值向量。　　解此方程组即可得到未知边界值。2　降水场地的水文地质条件　　上海某大厦28层，基坑开挖深度10m。该场地四周平坦，就近无楼房，拟采用二级放坡开挖,基坑底部尺寸为58m×40m。场地南面50m有一河浜通过。场地浅部地层的分布情况