一种考虑止水帷幕的承压含水层基坑涌水量计算方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑止水帷幕的承压含水层基坑涌水量计算方法，包括：考虑悬挂式止水帷幕阻断的影响，将止水帷幕附近的渗流场分为绕流区和非绕流区，引入绕流区渗径长度影响系数；根据Darcy定律，获得基于渗径长度影响系数的承压含水层基坑涌水量计算公式；通过数值模拟计算得到基坑涌水量，获得渗径长度影响系数与止水帷幕插入比的关系；建立渗径长度影响系数与止水帷幕插入比的拟合公式，将相关值代入承压含水层基坑涌水量计算公式，求得考虑止水帷幕的承压含水层基坑涌水量。本发明专利技术克服了常规计算方法没有考虑止水帷幕的问题，引入渗径长度影响系数及其确定方法，计算出的承压含水层基坑涌水量结果准确，可为类似工程提供理论依据。论依据。论依据。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑止水帷幕的承压含水层基坑涌水量计算方法


[0001]本专利技术涉及土木工程基坑工程
，特别涉及一种考虑止水帷幕的承压含水层基坑涌水量计算方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着城市地下空间的利用率不断增长，深大基坑的数量急剧增加，不少基坑的设计深度可达30m以上。此类深基坑底部常存在承压含水层，施工过程中极易出现坑底承压水突涌、结构上浮、周边地表沉降等问题，因此深基坑的止水降水设计要求越来越严格。止水帷幕结合减压降水井的“墙
‑
井”体系是目前常用的降水措施之一。止水帷幕可以起到隔水的作用，同时通过设计合理的减压井群总抽水量，可以在施工安全简便的情况下达到良好的降水效果。
[0003]现行的《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120
‑
2012)给出了一般情况下潜水和承压水下完整井与非完整井的涌水量计算公式，但该推荐公式并未考虑止水帷幕对于基坑渗流场的影响。实际工程中止水帷幕对基坑的渗流场有较大的影响：一方面，基坑外的地下水绕过止水帷幕底端进入基坑内，会延长地下水渗流路径，减小基坑内外的水力梯度差；另一方面，止水帷幕插入含水层，会减小渗流断面面积。所以，采用“墙
‑
井”体系的基坑涌水量会比按照规范公式计算的结果小。若以规范进行设计计算，最终得到的基坑降水施工方案并不合理。目前已有许多学者对考虑止水帷幕情况下深基坑内涌水量进行了研究，但现有针对悬挂帷幕基坑的数值计算及数值模拟方法，存在精确度不高、计算式过于复杂、实用性不强等问题。因此，需要一种考虑止水帷幕的承压含水层基坑涌水量计算方法，为此类工程基坑涌水量计算和止水降水设施的布置提供理论依据。

技术实现思路

[0004]本专利技术的主要目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提出一种考虑止水帷幕的承压含水层基坑涌水量计算方法，考虑悬挂式止水帷幕阻断形成的绕流区对基坑地下水水力梯度和渗流断面的影响，克服了常规计算方法没有考虑止水帷幕的情况，基于绕流和非绕流区的修正大井法在理论上符合渗流原理，通过引入渗径长度影响系数及其确定方法，计算出的承压含水层基坑涌水量结果准确，能够为类似工程提供理论依据。
[0005]本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种考虑止水帷幕的承压含水层基坑涌水量计算方法，包括：
[0007]考虑悬挂式止水帷幕阻断的影响，将止水帷幕附近的渗流场分为绕流区和非绕流区，引入绕流区渗径长度影响系数；
[0008]根据Darcy定律，获得基于渗径长度影响系数的承压含水层基坑涌水量计算公式；
[0009]通过数值模拟计算得到基坑涌水量，获得渗径长度影响系数与止水帷幕插入比的关系；其中，止水帷幕插入比等于悬挂式止水帷幕插入承压含水层中的深度与承压含水层厚度的比；
[0010]建立渗径长度影响系数与止水帷幕插入比的拟合公式，将相关值代入承压含水层基坑涌水量计算公式，求得考虑止水帷幕的承压含水层基坑涌水量。
[0011]优选的，所述渗流场的分区基于止水帷幕对渗流的阻断作用；在止水帷幕周围存在竖向和水平两个方向的渗流区域，为绕流区；不受止水帷幕影响只存在水平方向的渗流区域，为非绕流区。
[0012]优选的，基于渗径长度影响系数的承压含水层基坑涌水量计算公式，具体如下：
[0013][0014]其中，Q为考虑止水帷幕的承压含水层基坑涌水量(m3/s)；K为承压含水层渗透系数(m/s)；s0为基坑内设计地下水位的降深(m)；r0为圆形基坑的半径(m)；M为承压含水层厚度(m)；M
r
为止水帷幕底端到隔水底板的距离(m)；R为基坑降水的影响半径(m)；D为止水帷幕厚度(m)；α为绕流区渗径长度影响系数；L为悬挂式止水帷幕插入承压含水层中的深度(m)；π为圆周率。
[0015]优选的，通过数值模拟计算得到基坑涌水量，获得渗径长度影响系数与止水帷幕插入比的关系，具体包括：
[0016]建立基坑渗流计算数值模型；其中，承压含水层顶底板为隔水边界，帷幕内外侧为隔水边界，模型外边界为初始水头的定水头边界，基坑中心设置单口完整抽水井进行降水；
[0017]基于设计的渗透系数、含水层厚度及基坑设计的地下水降深，通过建立的数值模型模拟计算基坑抽水量随止水帷幕插入比的变化关系；
[0018]通过基于渗径长度影响系数的承压含水层基坑涌水量计算公式，获得渗径长度影响系数与止水帷幕插入比的关系。
[0019]优选的，渗径长度影响系数与止水帷幕插入比的拟合公式，具体如下：
[0020]当0.1≤L/M≤0.6时：
[0021][0022]当0.6<L/M≤0.9时：
[0023][0024]与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：
[0025]本专利技术一种考虑止水帷幕的承压含水层基坑涌水量计算方法，建立了基于渗径长度影响系数的承压含水层基坑涌水量计算公式，所述渗径长度影响系数随止水帷幕插入深度比变化，通过拟合出了渗径长度影响系数与止水帷幕插入深度比的关系式，能够使得承压含水层基坑涌水量计算简单、方便及更加精确。
附图说明
[0026]图1为本专利技术实施例的考虑止水帷幕的承压含水层基坑涌水量计算方法的流程图；
[0027]图2为本专利技术实施例的悬挂式止水帷幕的承压含水层计算模型；
[0028]图3为本专利技术实施例的基坑渗流有限元数值模拟模型；
[0029]图4为本专利技术实施例的基坑涌水量Q与止水帷幕插入深度比L/M的关系图；
[0030]图5为本专利技术实施例的渗径长度影响系数α与帷幕插入深度比L/M的关系图。
具体实施方式
[0031]下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
[0032]实施例一
[0033]参见图1所示，一种考虑止水帷幕的承压含水层基坑涌水量计算方法，包括：
[0034]S101，考虑悬挂式止水帷幕阻断的影响，将止水帷幕附近的渗流场分为绕流区和非绕流区，引入绕流区渗径长度影响系数；
[0035]S102，根据Darcy定律，获得基于渗径长度影响系数的承压含水层基坑涌水量计算公式；
[0036]S103，通过数值模拟计算得到基坑涌水量，获得渗径长度影响系数与止水帷幕插入比的关系；其中，止水帷幕插入比等于悬挂式止水帷幕插入承压含水层中的深度与承压含水层厚度的比；
[0037]S104，建立渗径长度影响系数与止水帷幕插入比的拟合公式，将相关值代入承压含水层基坑涌水量计算公式，求得考虑止水帷幕的承压含水层基坑涌水量。
[0038]本实施例中，所述S101之前，还包括：基于大井法对悬挂式止水帷幕影响下基坑降水渗流场研究，加入悬挂式止水帷幕边界条件，建立计算分析模型。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑止水帷幕的承压含水层基坑涌水量计算方法，其特征在于，包括：考虑悬挂式止水帷幕阻断的影响，将止水帷幕附近的渗流场分为绕流区和非绕流区，引入绕流区渗径长度影响系数；根据Darcy定律，获得基于渗径长度影响系数的承压含水层基坑涌水量计算公式；通过数值模拟计算得到基坑涌水量，获得渗径长度影响系数与止水帷幕插入比的关系；其中，止水帷幕插入比等于悬挂式止水帷幕插入承压含水层中的深度与承压含水层厚度的比；建立渗径长度影响系数与止水帷幕插入比的拟合公式，将相关值代入承压含水层基坑涌水量计算公式，求得考虑止水帷幕的承压含水层基坑涌水量。2.根据权利要求1所述的考虑止水帷幕的承压含水层基坑涌水量计算方法，其特征在于，所述渗流场的分区基于止水帷幕对渗流的阻断作用；在止水帷幕周围存在竖向和水平两个方向的渗流区域，为绕流区；不受止水帷幕影响只存在水平方向的渗流区域，为非绕流区。3.根据权利要求1所述的考虑止水帷幕的承压含水层基坑涌水量计算方法，其特征在于，基于渗径长度影响系数的承压含水层基坑涌水量计算公式，具体如下：其中，Q为考虑止水帷幕的承压含水层基坑涌水量(m3/s)；K为承压含水层渗透系数(m/s)；s0为基坑内设计地下水位...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈东霞，陈波，樊建虎，刘继强，杨雪菲，袁博，徐大统，郝庆军，邵彦军，
申请(专利权)人：中铁南方投资集团有限公司，
类型：发明
国别省市：