ModFlow在超深基坑降水模拟中的应用

ModFlow在超深基坑降水模拟中的应用
赵慎中;宋珪
【摘要】利用国际上流行与通用的ModFlow渗流数值模拟计算软件,建立该地块地下水渗流数值模型,并对渗流数值模型进行参数识别,确定微承压含水层的水文地质参数（k和ss）,进而利用该数值模型确定抽水试验期间地下水渗流场的时空分布规律,为今后类似工程的数值模拟提供可靠的依据。

%The conceptual model of groundwater seepage was established with ModFlow.Parameter identification for flow numerical model and determined hydrogeological parameters（k and ss） of micro-confined aquifer,and then using the numerical model to determine the spatial and temporal distribution of groundwater seepage during the pumping test,the reliable basis is provided for numerical simulation in similar projects.
【期刊名称】《山西建筑》
【年(卷),期】2011(037)030
【总页数】2页(P51-52)
【关键词】深基坑降水;数值模拟;ModFlow
【作者】赵慎中;宋珪
【作者单位】江西省地质工程（集团）公司,江西南昌330029;江西省地质工程（集团）公司,江西南昌330029
【正文语种】中文
【中图分类】TU463
1 工程概况
拟建工程位于上海市虹口区、海伦路A6地块。

基地北侧临海伦路，东对四平路，西侧及西南是爱思儿童公园，南侧为一条现存道路，路南建有泵站。

该工程由一幢36层超高层建筑和4层裙房组成，其中36层超高层建筑为框架核心筒结构。

地
面以下均为3层地下室，埋深约为14.65 m，属于超深基坑。

1.1 地形地貌
拟建场地位于上海市四平路以西、海伦路以南，地貌形态为滨海平原地貌类型。

地势平坦，场地原为居民住宅区，勘察期间地面标高为3.1 m ～3.7 m，一般为3.4 m。

1.2 工程地质条件
通过勘察，自地表至110.0 m深度范围内所揭露的土层，由粘性土、粉性土和砂
土组成，具有成层分布的特点。

根据现场对土的鉴别、原位测试及室内土工试验成果综合分析，本基地的土层可分6层，其中第①，②，⑤，⑧，⑨层又根据土性
变化分为若干亚层。

1.3 水文地质条件
拟建场区地下水根据埋藏条件可划分为浅层潜水、微承压水及承压水。

潜水一般为地表下0.3 m～1.5 m。

钻探期间浅层地下水初见水位埋深0.9 m ～2.85 m，稳定水位埋深0.85 m ～1.0 m(标高为2.30 m～2.73 m)。

本场地赋存于第⑤2层砂质粉土中的地下水为承压水。

1.4 抽水试验
在拟建场区第⑤2层分布区内布置2口观测井J1，J2，各试验井的结构参数见表1。

表1 井结构参数表试验井号井深/m 井径/mm管径/mm 滤管埋深/m 井管长度
/m 填砾深度/m J1，J2 33 600 273 20～32 20 20～32
2 地下水三维非稳定渗流模型
2.1 地下水三维非稳定渗流数学模型
地下水流和土体是由固体、液体、气体三相体组成的空间三维系统，土体可以模型化为多孔介质[3]。

因此求解地下水问题就可以简化为求解地下水在多孔介质中流动的问题，可以用下述地下水渗流连续性方程及其定解条件来描述地下水的三维非稳定渗流规律。

根据与本场地相适应的水文地质条件，可建立下列与之相适应的地下水三维非稳定渗流数学模型:
对整个渗流区进行离散后，采用有限差分法将上述数学模型进行离散，就可得到数值模型，以此为基础编制计算程序，计算、预测降水引起的地下水位的时空分布。

2.2 地下水三维非稳定渗流数值模型
根据已有的岩土工程勘察报告、水文地质条件、钻孔资料，模拟区平面范围按下述原则确定:以基坑为中心，边界布置在降水井影响半径以外。

2.2.1 含水层的结构特征
本次数值模拟计算采用含水层三维模型，即水文地质概念模型。

2.2.2 模型网格剖分
根据研究区的含水层结构、边界条件、地下水流场特征和试验特点，进行模型网格剖分。

在研究本地抽水试验时，将模拟区每层剖分为106行、112列，剖分网格共11872个。

3 数值模拟分析
在地下水渗流模型基础上，以J1，J2的观测值为依据建立对应的目标函数，以kx3，ky3，ss3为变量，通过非线性最小二乘法[5]，取得微承压含水层的水文地
质参数，如表2所示。

表2 数值模拟反演结果层位水平渗透系数kx/m·d－1 垂直渗透系数ky/m·d－1 贮水率ss/m －1⑤2 0.82 0.78 9.67E －4
图1 J1井实测曲线与模拟曲线对比
图2 J2井实测曲线与模拟曲线对比
把反演得到的水文地质参数应用到地下水水流模型中，可以得到抽水试验中的J1和J2观测井30 h的实测数据曲线与数值模拟曲线的对比分析图，如图1，图2所示。

将实测与数值模拟的最终稳定水位埋深进行对比，列在表3中，可以看到通过对数值模型的识别与验证，数值模拟的结果与实测的观测井数据基本一致，满足工程精度要求。

因此，可以使用本次数值模拟的成果预测和分析试验场地以及周围地区的承压水头分布特征。

表3 数值模拟数据与实测数据对比 m井号实测水位降深模拟水位埋深绝对偏差J1 1.77 1.72 0.05 J2 1.32 1.33 0.01平均0.03
4 结语
1)ModFlow具有能够灵活处理复杂的水文地质边界条件、含水层的非均质各向异性以及地下水的非稳定流特征，而且有丰富的边界类型供选择，在超深基坑中的模拟具有较高的精确度，能够满足工程的要求。

2)依据现有抽水试验数据及ModFlow数值模拟分析，坑内降水对坑外水位变化基本无影响，即止水帷幕已隔断了微承压含水层，达到了预期的效果，因此在坑外可以忽略降水引起的沉降影响。

3)通过本次数值模拟及水文抽水试验，查明了本场区内第⑤2层微承压含水层的水文地质参数，见表2。

参考文献:
【相关文献】
[1]禹群，叶淑君.多尺度有限元法在地下水模拟中的应用[J].水利报，2006，37(7):7.
[2]旭生.自流井有限差分模拟的校正模型[J].地球科学——中国地质大学学报，2008，33(1):112.
[3]钱家欢，殷宗泽.土工原理与计算[M].北京:中国水利水电出版社，1996.
[4]孔详言.高等渗流力学[M].合肥:中国科学技术大学出版社，1999.
[5]薛禹群，谢春红.地下水数值模拟[M].北京:科学出版社，2007.
[6]梁多胜.深基坑支护与降水施工技术[J].山西建筑，2011，37(1):63-64.。