地下水動(dòng)力學(xué)課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　《地下水動(dòng)力學(xué)》</b></p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p>　　專業(yè)班級(jí)：

2、 </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　目 錄</p><p>　　1.課程設(shè)計(jì)目的3</p><p>　　2.課程設(shè)計(jì)題目描述和要求3</p><p>　　3.課程設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容5</p><p&g

3、t;<b>　　4：結(jié)論17</b></p><p><b>　　1.課程設(shè)計(jì)目的</b></p><p>　　能夠利用《地下水動(dòng)力學(xué)》所學(xué)的基本理論與專業(yè)知識(shí)解決實(shí)際工程中所遇到的各種水文地質(zhì)工程地質(zhì)問(wèn)題（本次設(shè)計(jì)中主要針對(duì)抽水試驗(yàn)求解含水層參數(shù)與基坑降水問(wèn)題），并能夠熟練運(yùn)用各種專業(yè)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)及制圖。</p><p&g

4、t;　　2.課程設(shè)計(jì)題目描述和要求</p><p>　?。ㄒ唬?、抽水試驗(yàn)部分</p><p>　　1、在某承壓含水層中有一完整井，以涌水量Q＝0.0058m3/s進(jìn)行抽水試驗(yàn)，在距抽水井10m處有一觀測(cè)孔，其觀測(cè)資料如表，試用配線法求該承壓含水層的導(dǎo)水系數(shù)T和貯水系數(shù)u*.</p><p>　　2、在無(wú)限分布的承壓含水層中，有一完整井以800m3/d的流量進(jìn)行抽水

5、試驗(yàn)，在距主孔100m處的觀測(cè)孔，其觀測(cè)資料如下表所示。試用直線法求含水層的導(dǎo)水系數(shù)T和貯水系數(shù)u*.</p><p>　　3、在某承壓含水層中進(jìn)行抽水試驗(yàn)，穩(wěn)定流量為200m3/h，在距抽水井110m處有一觀測(cè)孔，當(dāng)抽到71.25h后停泵，恢復(fù)水位的觀測(cè)資料如表所示，試用水位恢復(fù)法計(jì)算含水層的導(dǎo)水系數(shù)和貯水系數(shù)。</p><p>　　（二）、基坑降水部分</p><p

6、><b>　　題目見(jiàn)具體附件。</b></p><p>　　步驟：1、基坑大井總涌水量Q（包括基坑仿大井半徑r0，基坑影響半徑R）</p><p>　　2、單井干擾涌水量Q′</p><p>　　3、需要設(shè)置的井?dāng)?shù)</p><p>　　4、檢驗(yàn)基坑中心水頭值h0</p><p>　　圖1基

7、坑降水計(jì)算模型</p><p>　　3.課程設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容</p><p><b>　　1：配線法：</b></p><p>　?。?）配線法的基本原理：</p><p><b>　　由Theis公式</b></p><p><b>　?、?lt;/b><

8、/p><p><b>　　對(duì)上式兩端取對(duì)數(shù)：</b></p><p>　　二式右端的第二項(xiàng)在同一次抽水試驗(yàn)中都是常數(shù)。因此，在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系內(nèi)，對(duì)于定流量抽水曲線和標(biāo)準(zhǔn)曲線在形狀上是相同的，只是縱橫坐標(biāo)平移了和距離而已。只要將二曲線重合，任選一匹配點(diǎn)，記下對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)值，代入①式即可確定有關(guān)參數(shù)。此法稱為降深-時(shí)間距離配線法。</p><p>　　由實(shí)

9、際資料繪制的s-t曲線和與s-r2曲線，分別與和W(u)-u標(biāo)準(zhǔn)曲線有相似的形狀。因此，可以利用一個(gè)觀測(cè)孔不同時(shí)刻的降深值，在雙對(duì)數(shù)紙上繪出s-t曲線和曲線，進(jìn)行擬合，此法稱為降深-時(shí)間配線法。</p><p><b>　　(2)計(jì)算步驟</b></p><p>　?、僭陔p對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上繪制或W(u)- u的標(biāo)準(zhǔn)曲線。</p><p>　?、谠诹?/p>

10、一張模數(shù)相同的透明雙對(duì)數(shù)紙上繪制實(shí)測(cè)的s-t/r2曲線或s-t、s-r2曲線。</p><p>　?、蹖?shí)際曲線置于標(biāo)準(zhǔn)曲線上，在保持對(duì)應(yīng)坐標(biāo)軸彼此平行的條件下相對(duì)平移，直至兩曲線重合為止（如圖）。</p><p>　?、?任取一匹配點(diǎn)(在曲線上或曲線外均可)，記下匹配點(diǎn)的對(duì)</p><p>　　應(yīng)坐標(biāo)值： 并代入①式，分別計(jì)算有關(guān)參數(shù)。</p>&l

11、t;p>　?。?）配線法的最大優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　可以充分利用抽水試驗(yàn)的全部觀測(cè)資料，避免個(gè)別資料的偶然誤差提高計(jì)算精度。</p><p>　?。?）課程設(shè)計(jì)題目描述和計(jì)算：</p><p>　　首先根據(jù)已知數(shù)據(jù)繪制s-t/r²實(shí)際曲線，然后將此曲線重疊在W(u)-1/u上，在保持對(duì)應(yīng)坐標(biāo)軸彼此平行的基礎(chǔ)上，是實(shí)際資料與標(biāo)準(zhǔn)曲線盡量擬合。&l

12、t;/p><p>　　當(dāng)兩支曲線擬合好后，在匹配的曲線上任取一點(diǎn)，記下坐標(biāo)1/u=25, w(u)=2.6813 (t/ r²)=0.3 S=1.</p><p><b>　　帶入公式得：</b></p><p>　　T=Q*[W(u)]/(4π[s])=107</p><p>　　u*=4T*[ t/r&

13、#178;]/[1/u]=3.57E-3</p><p>　　2:Jacboo直線圖解法：</p><p>　?。?）Jacboo直線圖解法的原理：</p><p>　　當(dāng)u≤0.01時(shí)，可利用Jacob公式（4-13）計(jì)算參數(shù)。首先把它改寫成下列形式：</p><p>　　上式表明，s與lg （t/ r²）呈線性關(guān)系，斜率為2.3

14、Q/4πT利用斜率可求出導(dǎo)水系數(shù)T（圖4-7）</p><p>　　式中，i為直線的斜率，此直線在零降深線上的截距為 （t/ r²） </p><p>　　把它代入（4-13）有：</p><p><b>　　（圖4——7）</b></p><p>　　以上是利用綜合資料（多孔長(zhǎng)時(shí)間觀測(cè)資料）求參數(shù)，稱

15、為s- lg(t/ r²) 直線圖解法。同理，由（4-13）式還可看出，s-lgt和s-lgr均呈線性關(guān)系，直線的斜率分別為(2.3Q/4πT)和(-2.3Q/4πT)。因此，如果只有一個(gè)觀測(cè)孔，可利用s-lgt直線的斜率求導(dǎo)水系數(shù)T，利用該直線在零降深線上截距t0值，求貯水系數(shù) 。</p><p>　　如果有三個(gè)以上觀測(cè)孔資料，可利用s-1gr直線的值求。</p><p>

16、　?。?）Jacboo直線圖解法的優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　既可以避免配線法的隨意性，又能充分利用抽水后期的所有資料。但是，必須滿足u≤0.01或放寬精度要求u≤0.05，即只有在r較小，而t值較大的情況下才能使用；否則，抽水時(shí)間短，直線斜率小，截距值小，所得的T值偏大，而µ*值偏小。</p><p>　　(3) 課程設(shè)計(jì)題目描述和計(jì)算：</p><p>

17、;　　首先根據(jù)上述資料，繪制s-logt曲線，并進(jìn)行直線擬合。然后在直線上分別取兩個(gè)點(diǎn)（0.0146，1.03656） （0.0069388，0.97234）然后得出斜率i=0.1987.</p><p>　　然后求出直線的截距b=0.6064</p><p>　　直線公式為s=0.1987logt+0.606</p><p>　　然后代入有關(guān)公式計(jì)算，得：<

18、/p><p>　　T=2.3Q/(4πi)=737.28m²/d</p><p>　　u*=2.25Tt/r²=1.0267E-7</p><p>　　3:水位恢復(fù)試驗(yàn)試驗(yàn)</p><p><b>　　(1)基本原理:</b></p><p>　　抽水井停抽后，井中水位將迅速回升，

19、而上升速度逐漸減緩。在抽水井附近的觀測(cè)孔中水位在停抽后一段時(shí)間內(nèi)上升速度則較慢；在遠(yuǎn)處的觀測(cè)孔中的水位，在停抽后的一段時(shí)間內(nèi)，水位不但不回升，反而繼續(xù)下降．達(dá)到最大降深時(shí)下降速度等于零，隨后才逐漸回升(固5—22d)，這點(diǎn)類似于地下水“慣性滯后”的動(dòng)態(tài)反應(yīng)。與階梯流量并流試驗(yàn)相似，設(shè)抽水井以定流量Q抽水，持續(xù)了tp時(shí)間后停止抽水，恢復(fù)水位，可以想象為該井仍以流量Q繼續(xù)抽水，井從停抽時(shí)刻起，有一個(gè)流量為Q的注水井開(kāi)始工作。這樣，正負(fù)流量相

20、互抵銷，得到停止抽水的效果。</p><p>　　如果不考慮水頭“慣性滯后”動(dòng)態(tài)，根據(jù)滲流的疊加原理，停止抽水后的剩余降深S’可理解為流量Q繼續(xù)抽水一直延續(xù)到t時(shí)刻的降深．和從停抽時(shí)刻起以流量Q注水t一tp時(shí)間的水位回升的疊加。兩者均可用Thsis公式計(jì)算。故有</p><p><b>　　(2)方法與應(yīng)用</b></p><p>　　1：水位

21、恢復(fù)曲線的繪制與解釋：</p><p>　　利用水位恢復(fù)觀田資料，在單對(duì)效紙上繪制S’與lg(t’/t)和S*與lgt’曲線，為了分析問(wèn)題方便，最好S’~ lg(t’/t)和S*~ lgt’曲線同時(shí)繪制。應(yīng)強(qiáng)調(diào)指出，野外水位恢復(fù)試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)特別注意取得停泵后的1—2小時(shí)內(nèi)的觀測(cè)數(shù)據(jù)，這段時(shí)間的水位恢復(fù)曲線能反映井管、井壁及井周條件的特征，在生產(chǎn)實(shí)際中有重要意義。</p><p>　　因此，這

22、段時(shí)間內(nèi)觀測(cè)的水位數(shù)據(jù)應(yīng)有足夠的數(shù)量與精度，一般憾況下可按表5—14中時(shí)間間隔進(jìn)行觀測(cè)。</p><p>　　一條完整的水位恢復(fù)曲線應(yīng)包括曲線首段、直線段(中間段)及尾段(因5—24)。首段曲線反映井管、井壁及井周的條件；尾段曲線反映邊界條件‘直線段曲線反映含水層本身的條件，用作水文地質(zhì)參數(shù)的識(shí)別。</p><p>　　首段曲線(1)：主要由于人為因素和自然因素的影響，使抽水并附近含水層的

23、滲透性發(fā)生了改變。如含水層中存在軟弱夾層、镕洞中泥礫的搬運(yùn)或止水不安引起并徑收縮，因泥漿堵塞，孔壁坍塌，過(guò)濾器網(wǎng)眼堵塞以及并周含水層的滲透性突然變?nèi)醯?，可使井孔周圍的滲透性較小；鉆孔揭露溶洞或因過(guò)濾器選擇不佳而產(chǎn)生涌砂掏空等引起井徑擴(kuò)大，井下放炮、酸化、人工填礫以及并周含水層的滲透性突然變強(qiáng)等，可使井孔周圍的滲透性變大。這種由于人為因素和自然因素的影響，在抽水井附近所造成的與含水層中不同的滲透系數(shù)稱為條件性系數(shù)，記做Kc。</p&

24、gt;<p>　　當(dāng)Kc＜K時(shí)，說(shuō)明井周的滲透性低于含水層的滲透性，曲線的斜率變大，如圖5—24中的ｂｄ、ｂ＇ｄ＇段。</p><p>　　當(dāng)Kc＞K時(shí)，說(shuō)明井周的滲透性與含水層的滲透性一致，Q線斜率不變，如圖5—34中的ａｄ段，與理論直線重合。</p><p>　　當(dāng)Kc＝K時(shí)，說(shuō)明井周的滲透性比含水層的滲透性大，曲線的斜率變小，如圖5—24中的ｃｄ，ｃ＇ｄ＇段。后面二種類

25、型曲線的供水井，并的涌水量都沒(méi)有擴(kuò)大的可能，尤其第三種類型曲線．當(dāng)補(bǔ)給條件不佳，還可能導(dǎo)致涌水量的減少。</p><p>　　此外，由于井損等原因都可能引起附加水頭損失．表現(xiàn)在首段曲線偏離直線</p><p>　　(jacboo理論曲線)。</p><p>　　盡段曲線(3)：反映邊界條件的影響。由圖524中eg段曲線斜率增大偏離直</p><p

26、>　　線而上撓，說(shuō)明受阻水條件的影內(nèi)，如遇到阻水?dāng)鄬印⒑畬蛹鉁?、透水性突然變?nèi)醯葪l件的影內(nèi)。她段曲線斜率減小偏離直線而下?lián)?，說(shuō)明受供水條件的影肩，</p><p>　　如遇到與含水層有水力聯(lián)系的地表水體、富水?dāng)鄬印⑼杆酝蝗蛔儚?qiáng)、含水層突然變潭等條件的影內(nèi)。若為無(wú)界含水層，則尾段曲線不發(fā)生煽離，仍保留直線(ef段)。</p><p>　　2．含水層參數(shù)的計(jì)算</p>

27、<p>　　含水層多數(shù)的求得可利用恢復(fù)曲線中的直線段(I)．如圖5—24中的J6段。</p><p>　　從直線斜率的關(guān)系式，根容易求得導(dǎo)水系數(shù)T</p><p>　　課程設(shè)計(jì)題目描述和計(jì)算：</p><p>　　根據(jù)上述資料，繪制s’-logt/t’曲線，并進(jìn)行直線擬合。選取兩點(diǎn)（2.59，2.43）和（121.01，11.0）求得斜率：i=5.133&

28、lt;/p><p>　　然后代入有關(guān)公式計(jì)算，得</p><p>　　T=0.183Q/i=171.128m²/d</p><p>　　u*= T/ (0.44*r²E（-Sp/i）/tp)=5.077*E-5</p><p><b>　　4基坑降水</b></p><p>　　（

29、1）場(chǎng)地情況簡(jiǎn)介　</p><p>　　場(chǎng)地上部地下水主要是賦存于卵石②的孔隙潛水中，含水層透水性較強(qiáng)，中等富水，大氣降水及地表水為其主要補(bǔ)給源。地下潛水位面以上采用干鉆，直至出現(xiàn)地下水位后觀測(cè)初見(jiàn)水位，初見(jiàn)水位埋深4.60-4.85m，鉆孔終孔24小時(shí)后觀測(cè)穩(wěn)定水位，測(cè)到的潛水穩(wěn)定水位埋深在4.75-5.00m，埋深標(biāo)高324.58-324.90m，大氣降水及地表水的補(bǔ)給為其主要補(bǔ)給源。與溪南河河水成互補(bǔ)關(guān)系；

30、下部基巖水為賦存于基巖裂隙中的承壓水，根據(jù)本次鉆探在孔內(nèi)測(cè)得基巖地下水水位埋深9.25-10.80m，埋深標(biāo)高318.97-319.93m，大氣降水及地表水為其主要補(bǔ)給源。</p><p>　　根據(jù)龍巖盆地水文地質(zhì)情況，第四系地下水水位年變化幅度在2.00-3.00m之間。根據(jù)鄰近的鉆探資料及本次測(cè)得的水位埋深，本場(chǎng)地的抗浮水位建議取黃海標(biāo)高327.50m。</p><p>　　本次鉆探未

31、取水樣,根據(jù)臨近場(chǎng)地(相距約30m的水木蓮花項(xiàng)目,同一水文地質(zhì)單元)的ZK1、ZK40、ZK65及ZK93水質(zhì)分析（PH值及各離子含量詳見(jiàn)附表8-1～4）資料，地下水類型為Ca2+-HCO3-+SO42-，地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)不具腐蝕性，對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋不具腐蝕性，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)具弱腐蝕性。</p><p>　　本工程在場(chǎng)地中設(shè)1-2層地下室（范圍詳見(jiàn)勘探點(diǎn)平面布置圖），基坑開(kāi)挖深度：1層地下室約為5.50m（黃

32、海標(biāo)高為326.30m），2層地下室約為9.00m（黃海標(biāo)高為322.80m）m；基坑開(kāi)挖后，基底土層以卵石②為主，部分為粉質(zhì)粘土③、含碎石角礫粉質(zhì)粘土④、次生紅粘土⑤及含卵石粉質(zhì)粘土⑥，這些地層中卵石②層為主要含水層，對(duì)基坑開(kāi)挖影響較大，而基巖裂隙水埋藏較深，對(duì)基坑開(kāi)挖影響不大。</p><p>　　抽水試驗(yàn)僅對(duì)卵石②層采用鉆孔完整井穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)。抽水孔采用原鉆探孔，在含水層下一定深度內(nèi)用粘土回填擠實(shí)，對(duì)含水

33、層進(jìn)行多次洗井和試抽，確保含水層與鉆孔水力相通后，停抽1天左右，并待鉆孔水位穩(wěn)定后進(jìn)入正式抽水試驗(yàn)，抽水設(shè)備采用深井潛水泵 。試驗(yàn)數(shù)據(jù)詳見(jiàn)抽水試驗(yàn)成果圖表（附圖4），根據(jù)抽水試驗(yàn)結(jié)果按公式</p><p>　　R＝2S K＝0.732 Qｌg(R／r)／(2H-S)S</p><p>　　K――滲透系數(shù)（ｍ／ｄ）　 ｒ――井的半徑</p>&l

34、t;p>　　Q――流量（ｍ3／ｄ）　　 H――含水層厚度（ｍ）</p><p>　　R――影響半徑（ｍ）　　　 S1，S2，S3――降深（ｍ）</p><p>　　所獲得的地下水滲透系數(shù)計(jì)算結(jié)果如下：</p><p>　　ZK38：K1=26.12m/d，K2=26.21m/d，K3=26.49m/d，平均值K=26.3m/d。</p>&

35、lt;p>　　ZK55：K1=25.72m/d，K2=26.30m/d，K3=25.99m/d，平均值K=26.0m/d。</p><p>　　該場(chǎng)地卵石④層滲透系數(shù)K=26.15m/d。</p><p>　?。?）課程設(shè)計(jì)題目描述和計(jì)算</p><p>　　第一問(wèn)：計(jì)算基坑大井總涌水量Q（包括基坑仿大井半徑r0，基坑影響半徑R）</p><

36、;p>　　1層地下室大多位于地下水位以上，故不進(jìn)行涌水量估算；2層地下室的基坑開(kāi)挖深度在現(xiàn)有地面以下7.00m左右，按ZK40進(jìn)行計(jì)算：</p><p>　　含水層厚度H=4.55m；水位降至基底以下1.00m，則S=2.82m；地下室呈不規(guī)則形狀，2層地下室面積A=19871×2/3=13211.3m2。</p><p>　　則r0=（A/π）1/2=(13211.3/3

37、.14) 1/2=64.86m；</p><p>　　R=2S（kH）1/2=2×2.82×(26.15×4.55) 1/2=61.52m；</p><p>　　Ro=R+ro=126.38m</p><p>　　Q=1.366k(2H-S)S/ｌg(1+R／r0)=2183.6m3/d。</p><p>　　第

38、二問(wèn)：計(jì)算單井干擾涌水量Q′</p><p>　　由經(jīng)驗(yàn)公式可以確定：q=120πl(wèi)r(k) 1/3</p><p>　　r ——過(guò)濾器半徑(m) l ——過(guò)濾器進(jìn)水部分長(zhǎng)度(m) k ——含水層滲透系數(shù)(m/d)</p><p>　　且由題知：當(dāng) r=0.3m,l=2m,k=26.15m/d時(shí)，代入上式：</p>

39、<p>　　q=120*π*0.3*2*(26.15m/d) 1/3</p><p>　　=671.38m³/d</p><p>　　第三問(wèn)：需要設(shè)置的井?dāng)?shù)</p><p>　　查找規(guī)范可知： 降水井的數(shù)量n可按下式計(jì)算：n=1.1Q/q</p><p>　　式中 Q——基坑總涌水量</p><p

40、>　　q——設(shè)計(jì)單井出水量</p><p>　　故：n=1.1*2183.6/671.38=3.58口</p><p><b>　　所以取井為四口。</b></p><p>　　布設(shè)形式：四口井分布在矩形兩邊的中點(diǎn)上，如圖</p><p>　　第四問(wèn)：檢驗(yàn)基坑中心水頭值h0</p><p>

41、　　H ²-hi²=Q/(πK)*ln(R*R*R*R/r1*r2*r3*r4)</p><p>　　R=126.38 r1=r3=r2=r4=71m</p><p>　　S=3.19m>2.82m符合</p><p><b>　　4：結(jié)論</b></p><p><b>　　參考書(shū)