水平面渗流有限元计算中减压井点处理
水库工程大坝渗漏类型及常用处理措施
水库工程大坝渗漏类型及常用处理措施作者：欧敏来源：《中国科技博览》2014年第19期[摘要]文章主要针对当前的水库工程大坝渗漏类型、库区渗漏的常用处理措施进行了分析，并提出一些相关的建议，可供类似工程参考与应用。
[关键词]水库工程渗漏类型处理措施中图分类号：TU145 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）15-0142-01一、引言我国的小型水利水电枢纽工程为数众多，它们分布广，坝型多样，发挥着防洪减灾的重要作用，同时为农业灌溉生产和人民生活用水以及工业用水提供水源。
然而，由于它们多属于特殊历史时期的产物，而且经过多年的运行，其中许多工程都不同程度存在一些病险问题，属于水利行业的重点关注对象。
水利工程是用于控制和调配自然界的地表水和地下水，达到除害兴利的工程，它的运行安全关系国计民生。
目前，世界范围内正在运行的高度超过15m的大型人工水利工程，数量已超过36000个。
我国是岩溶分布最广的国家，随着水利工程建设的迅猛发展，在岩溶地区修建水库越来越多。
特别是在西部山区水利工程建设中，常常会遇到岩溶地区水库工程建设，由于岩溶这种不良地质现象的存在，给施工期主体工程的结构稳定性、基础的处理措施及运行期工程的蓄水成功与否产生重大影响，甚至影响整个工程的成败。
目前，许多大坝修建在岩溶发育的地区，在岩溶发育的岩基上筑坝，其基础处理、水库周边和库区渗漏通道的防渗处理极为重要，同时处理的施工技术也比较复杂。
二、坝基渗漏的类型根据岩土透水性质的不同，坝基渗漏可分为三种主要类型：（1）孔隙性渗漏：通过砂砾石孔隙产生的渗漏，一般呈均匀流，渗漏量的大小主要取决于土的粒度成分及其渗透系数；（2）裂隙性渗漏：通过岩石中节理裂隙产生的渗漏。
当裂隙很多且互相切割时，渗流近似均匀流；当裂隙发育不均一或不规则时，渗流常呈脉状流；（3）管道式渗漏：通过石灰岩、白云岩等可溶岩中的溶洞产生的渗漏，渗漏量的大小取决于溶洞的大小和数量。
有限元方法与解析计算在分析水平井井壁稳定问题中的运用
有限元方法与解析计算在分析水平井井壁稳定问题中的运用鄢荣;刘洪【摘要】文章通过对比有限元方法与解析计算分析井壁稳定性的差异,指出解析计算所采用的Mohr-Coulomb强度判别准则判定井壁稳定性问题稍显保守,而通过有限元方法分析出的井壁稳定性问题则更接近实际,并且分析了二者出现分析差异的原因是所使用的判定准则不同,解析计算是将井壁岩石当成弹性体,采用的是不考虑中间主应力的Mohr-Coulomb强度准则而有限元分析是将岩石当成弹塑性体,采用的是考虑了中间主应力的DP强度判别准则,另外,在井壁稳定性分析中,岩石的基础参数C,Φ对井壁稳定性分析有较大影响.【期刊名称】《内蒙古石油化工》【年(卷),期】2010(036)005【总页数】2页(P126-127)【关键词】有限元;解析计算;水平井;井壁稳定【作者】鄢荣;刘洪【作者单位】"油气藏地质及开发工程"国家重点实验室·西南石油大学;"油气藏地质及开发工程"国家重点实验室·西南石油大学【正文语种】中文【中图分类】O241.8;TE28井壁的张性破裂与剪切垮塌是钻井工程中经常遇见的井壁稳定性问题,也是长期以来一直困扰人们的技术难题,严重的影响着钻井的速度、质量及成本,对部分新探区还会因井壁不稳定而无法达到目的层,延误勘探开发进度,影响其经济效益[1],随着对井壁稳定问题的逐渐深入研究,人们提出了大量研究井壁稳定性问题的方法,有从纯力学角度出发的,有从化学角度出发的,有从力学化学耦合角度开展井壁稳定性研究的,而在井壁稳定性问题研究中,人们对钻井过程中的井壁失稳问题研究较多,而对开发过程中的井壁失稳问题研究较少,本文从力学角度出发,运用有限元方法与解析计算相结合的方式综合分析气井在开采过程中的井壁稳定性问题。
对于水平井而言,由于原地垂向主应力不再与井轴重合,原地水平主应力不再与井轴正交,因此,井周围岩在法向正应力与切向剪应力作用下处于三维受力状态,井壁岩石在与井轴垂直的平面内不仅受法向正应力作用,还受到切向剪应力作用,它们对井壁的破坏都有影响[2]。
水库大坝渗流问题及防渗措施
《河南水利与南水北调》2023年第7期工程建设与管理水库大坝渗流问题及防渗措施郝雷，庄作义（临沂市水利工程处，山东临沂276000）摘要：渗流一直以来是影响水库大坝安全的重要问题，主要影响因素包括地质条件差、坝基岩体不连续或是坝体填筑材料。
目前主要的处理措施包括在基础下设置灌浆帷幕、在黏土芯接触面设置反滤层、坝体下游设置排水沟、坝址处设置防渗墙等。
由于基础材料力学性能不同、水力压裂、不均匀沉降等问题，坝体易形成裂缝并进一步加剧渗流问题，形成渗流通道，故预防水库大坝渗流的关键点就在于排水。
关键词：渗流；水库大坝；水力压裂；排水中图分类号：TV697.3文献标识码：B文章编号：1673-8853（2023）07-0101-02Seepage Problems and Seepage Control Measures of Reservoir DamHAO Lei,ZHUANG Zuoyi（Linyi Water Conservancy Engineering Office,Linyi276000,China）Abstract：Seepage has always been an important problem affecting the safety of reservoir dams.The main influencing factors include poor geological conditions,discontinuity of dam foundation rock mass or dam filling materials.At present,the main treatment measures include setting up the grouting curtain under the foundation,setting up inverted filter layer on the contact surface of clay core,setting up drainage ditch downstream of the dam body,and setting the anti-seepage wall at the dam site.Due to the different mechanical properties of basic materials,hydraulic fracturing,uneven settlement and other problems,the dam body is prone to form cracks and further aggravate the seepage problem,forming seepage channels.Therefore,the key point to prevent seepage of the reservoir dam is drainage.Key words：seepage;reservoir dam;hydraulic fracturing;drainage0引言水库大坝运行期间可能会出现水力问题，从而威胁其安全。
基于渗流分析理论的地下室渗流减压抗浮措施
基于渗流分析理论的地下室渗流减压抗浮措施基于渗流分析理论的地下室渗流减压抗浮措施01.渗流分析基本理论以下是渗流分析基本理论：达西（Darcy）定律和伯努利（Bernoulli）定理.达西（Darcy）定律：伯努利（Bernoulli）定理：下面阿扯图示计算讲解一下达西（Darcy）定律和伯努利（Bernoulli）定理的运用：图1-1达西（Darcy）定律和伯努利（Bernoulli）定理的运用下面举例一些常见土层的渗透系数k：02.地下水形式及其渗流机理地下水形式主要分三种：上层滞水、潜水及承压水.上层滞水：埋深较浅的地层中局部贮存的地下水.地勘报告所提供的“稳定水位”一般情况下均为上层滞水面,其受雨季大气降水、地表水系下渗等影响较大.潜水：位于地面以下第一个稳定隔水层以上的地层中的地下水,潜水面上方没有一个连续完整的隔水层覆盖,是一个自由水面.承压水：两个稳定隔水层（弱透水层）中的地下水,隔水层作为稳定的隔水顶板和底板,使含水层中的承压水受到了大气压力以外的压力.地下水形式图解如下图：图2-1地下水形式但注意一般情况上层滞水在地层中是局部贮存,与潜水不连通,因为上层滞水常常并不是完全饱和的,地下室底板以潜水面为水位进行顶托.只有当雨季大气降水、地表水系下渗等对上层滞水进行补给,不完全饱和的填土或黏土变饱和含水率高于液限的土,上层滞水才进行下渗补给潜水,与潜水连通,形成以上层滞水面为水位（甚至更高水位）的渗流路径对地下室底板进行顶托.以上渗流机理的前提是地下室肥槽回填土较密实,渗透系数较原状土小,地下水主要通过原状土进行下渗.当地下室肥槽回填土松散或者砂石料回填,渗透系数极大,雨季大气降雨或者地表积水会将地下室肥槽充满水,并且没有设置排水设施,这时不管地下水及原状土渗透系数如何,地下室都要从自由水面进行抗浮设计.这也是地勘报告所提的抗浮水位一直居高不下的主要原因.下面阿扯图解三种情况下的地下水渗透机理,由于基坑支护结构为临时止水帷幕,故以下图解均不考虑止水帷幕对渗透路径的改变：图2-2地下水渗流机理①（无雨季大气降雨或者地表积水且肥槽回填土渗透系数较原状土小的情况）图2-3地下水渗流机理②（雨季大气降雨或者地表积水且肥槽回填土渗透系数较原状土小的情况）图2-4地下水渗流机理③（雨季大气降雨或者地表积水但肥槽回填土渗透系数较原状土大的情况,如回填土松散或者砂石料回填）以上内容阿扯均提及地下室肥槽回填土的质量问题,其直接关系肥槽回填土中水的入渗流量大小及地下水位的高低.若采用地下室渗流减压抗浮措施,地下室肥槽回填土是非常重要的环节,回填质量差直接导致地下室运营阶段抽水费大为增加,甚至可能存在雨季时超出疏水系统负荷的情况.下面举例地下室渗流减压抗浮措施中肥槽回填土做法：图2-5地下室肥槽回填做法03.地下室渗流减压抗浮措施及其设计计算要点地下室渗流减压抗浮措施条件：①基底位于透水率较低的土层（一般要求K≤10-5cm/s,单位面积渗流量q≤0.03m3/m2/d,从上文的土层渗透系数表中可知基底土层为粉土、粉质黏土较适用）；②基底位于透水层,但距基底不深处有透水率较低的土层,可采用永久性落底式止水帷幕穿过一定厚度透水率较低的土层（必要情况下人工设置渗透系数在10-5cm/s数量级以下弱透水层基底,同时地基土体的变形模量在10Mpa以上,能够有效控制对周围的环境影响）.若在透水率高的土层（如砂层）或者裂隙水丰富的岩层中采用此方法进行抗浮,则抽水费用将大为增加,且还会因抽水而造成临近区域的沉陷.前一段时间阿扯操刀的一个场地红线距深圳地铁2号线约3.3m的项目（基底主要为中风化岩层及微风化岩层）中,施工总包单位会上建议此项目采用渗流减压抗浮措施,以此大大缩短施工周期.阿扯当场驳回并详细解释此项目的不可行性.片头提到姚永革总在“广东省当前结构设计疑难问题和新趋势研讨会”的报告《地下室疏排水设计与应用》中仅提及一种地下室渗流减压抗浮措施——“基底疏水式”.常用的地下室渗流减压抗浮措施其实还有两种（当然或者甚至更多,只是阿扯孤陋寡闻而已）：“底板泄水式”及“侧壁泄水式”（以上地下室渗流减压抗浮措施的命名纯属阿扯根据其作用原理进行捏造,并无官方命名）.下面阿扯就这三种地下室渗流减压抗浮措施（“基底疏水式”、“底板泄水式”及“侧壁泄水式”）的设计计算要点进行详细说明.1)基底疏水式“基底疏水式”：通过地下室基底设置疏水层及盲沟等组织排水渗透通道,消除作用在地下室底板上的水压力.图3-1“基底疏水式”（节点仅示意,具体做法详后续）图3-2疏水层做法大样图3-3盲沟做法大样盲沟布置原则：①沿地下室边跨布置一圈盲沟（在相同条件下,地下水渗透路径越长,地下室基底水头越小,即靠近地下室侧壁比远离地下室侧壁的基底水头要大）；②盲沟间距控制在20m~30m（此间距范围是基于单位面积渗水量q≤0.03m3/m2/d并保留适当的安全余量）.水压监测点设计：在不影响使用的部位设置适当数量的水压监测点,可采用透明水管水龙头形式作为水压监测点,其作用是可监控到水压异常变高的情况,当水位高出底板面甚至水位从水龙头溢出时,则为水位过高报警,应立即排查故障.水压监测点做法大样见下图：图3-4水压监测点做法大样施工工序：清理盲沟沟底→铺设下层土工布反滤层→铺设砂反滤层→铺设上层土工布反滤层→铺设管底碎石→铺设盲管→铺设上层碎石→铺设隔浆层→施工垫层、防水层、基础等.施工注意事项：①土工布反滤层采用丙纶聚酯长丝纺粘针刺非织造土工布,单位面积质量为450g/m2,渗透系数不小于0.1cm/s；②在已铺好的土工布上回填级配碎（砾）石,大小粒径拌和均匀,要求粒径2~4cm,含泥量不大于1.5%,泥块含量不大于0.5%（粉质粘土地址的砂反滤层由2~5mm砂子组成,含泥量不大于5%,泥块含量不大于2%）；③隔浆层材料采用PE聚乙烯彩色条纹红蓝白编织布,≥150g/m2,隔浆层应完全覆盖盲沟并向盲沟上边沿两侧分别延伸不少于0.6m,保证完全覆盖盲沟及土工布,并采取措施将其固定牢固,保证在施工垫层期间隔浆层不破损、不移位；④垫层混凝土摊铺过程中应注意对隔浆层的保护,严禁用大力捣、铲,并保护隔浆层不皱褶,能够全面覆盖盲沟.地下室日渗水量计算：①采用Midas/GTS渗流分析模块（或者其他岩土分析软件,如Geostudio）进行有限元数值模拟分析计算；②对于土层分布起伏较小的情况（假定土层水平无起伏分布）,可根据达西（Darcy）定律和伯努利（Bernoulli）定理进行手算估值（阿扯本打算采用Midas/GTS进行数值模拟分析计算日渗水量,并与手算的日渗水量进行对比,但是由于Midas/GTS边界条件操作不当,最终计算结果不理想,这次就先只贴一张三维模型图,有机会再奉上计算结果）.图3-5Midas/GTS下面阿扯举例说明一下如何根据达西（Darcy）定律和伯努利（Bernoulli）定理进行手算估值（假定土层水平无起伏分布）.图3-6地下室日渗水量计算实例此外渗流减压系统完工后,应通过统计抽水泵的抽水量来验证日常渗水量：①肥槽回填后一段时间内选择水量较大（如雨天）的日子,连续3日记录每日实际抽水量；②丰水期选择大暴雨的日子,连续3日记录每日实际抽水量；③枯水期记录一个日常实际抽水量.计算分析归计算分析,根据现很多采用渗流减压抗浮措施的工程实例,无论是丰水期还是固水期,地下室实际日渗水量均比计算值小非常多,这个数值上的差异并不亚于地基沉降计算.2)底板泄水式“底板泄水式”：通过地下室底板预留泄水孔,并在底板面设置与泄水孔连接的管道形成组织排水渗透通道,消除作用在地下室底板上的水压力.图3-7“底板泄水式”（节点仅示意,具体做法详后续）图3.8底板泄水孔做法大样底板泄水孔布置原则：①根据抗浮水位计算地下室日渗水总量（地下室日渗水总量计算方法同“基底疏水式”）,继而计算泄水孔总数（注意保留适当的安全余量）；②沿地下室边跨以较密的间距布置泄水孔,以相对较疏的间距均匀布置泄水孔（在相同条件下,地下水渗透路径越长,地下室基底水头越小,即靠近地下室侧壁比远离地下室侧壁的基底水头要大）.“底板泄水式”还特别适用于处理由于设计阶段未考虑足水头,导致后期出现底板在水浮力作用下冒水或地下室向上托浮的情况.3)侧壁泄水式“侧壁泄水式”：通过地下室侧壁距底板面一定距离的高度预留泄水孔,并在侧壁内侧设置排水沟形成组织排水渗透通道,降低作用在地下室底板上的水压力.图3-9“侧壁泄水式”（节点仅示意,具体做法详后续）图3-10侧壁泄水孔做法大样“侧壁泄水式”与“基底疏水式”和“底板泄水式”的抗浮机理不尽一致,由于侧壁泄水孔距离基底有一段距离,故“侧壁泄水式”并无法消除作用在地下室底板的水压力,地下室底板仍需按一定的水压力进行计算配筋设计.侧壁泄水孔布置原则：①泄水孔距离底板面的距离0.5m 左右；②泄水孔水平间距一般为2m~4m（具体根据地下室渗水量设计）.地下室底板所承受的水头计算应根据地下室渗水量及泄水孔水平间距进行计算（注意保留适当的安全余量）,且不小于泄水孔中心至基底的距离.。
渗流分析——精选推荐
渗流分析渗流分析————————————————————————————————作者：————————————————————————————————⽇期：⼤坝的渗流与防渗摘要:本⽂概述了渗流的形成、渗流的危害、渗流计算原理以及在⽔利⼯程施⼯中进⾏渗流控制常⽤的⼯程措施，总结⽬前渗流和防渗的研究成果,认为渗流或多或少的会存在于各种挡⽔、蓄⽔建筑以及⼟⽊⼯程施⼯中,⽆法避免渗流发⽣。
但是随着研究⼿段、⼯艺的不断进步,对渗流研究程度不断深⼊,已能够对不同⼯程环境下渗流进⾏定性和定量的分析，并相应采取合适的措施控制渗流，虽然⽆法避免也掌控之，也能将渗流控制在⼯程安全的范围之内。
关键字：渗流防渗渗流原理渗流和渗透控制是⽔利⼯程中的⼀项⾮常重要的课题，直接关系到⼯程的安全和投资。
许多⽔⼯建筑物的失事都与渗流有关,例如1９６4年鲍德温⼭(BaldwiｎHｉｌlｓ）坝由于铺盖与基础接触⾯产⽣渗透破坏⽽失事，1976年堤堂(Teｔoｎ）坝由于右岸⼀个窄断层发⽣渗透破坏,不到6h就发⽣了跨坝事故。
１渗流概述⽔在⼟体孔隙中流动的现象称为渗流。
⽔在⼟中的存在状态有,⽓态⽔、附着⽔、薄膜⽔、⽑细⽔和重⼒⽔，其中重⼒⽔是渗流理论研究的对象[1]。
在⽔利⼯程中，常见到的渗流类型主要有四个⽅⾯：①通过挡⽔建筑物的渗流。
⽬前已经建成的⽔⼯建筑物和许多挡⽔建筑物,如⼤坝、围堰等，⼴泛采⽤有⼀定透⽔性的材料(如⼟、堆⽯)筑成,因此⽔可以通过建筑物中的孔隙流动, 形成了渗流。
②⽔⼯建筑物地基中的渗流。
若挡⽔建筑物的地基是透⽔的，如⼟砂砾⽯、岩⽯地基等，都会不同程度的产⽣渗⽔。
③集⽔建筑物的渗流。
在⼟壤改造及建筑物施⼯中，为了降低地下⽔位,常常采⽤集⽔井或集⽔廊道,集中地下⽔，并将其排⾛，以降低地下⽔位,防⽌⼟壤盐碱化和创造施⼯条件。
④⽔库及河渠的渗流。
⽔库建成后，⽔库⽔位抬⾼,库区周围的地下⽔位也相应的抬⾼，改变了原有地下⽔的运动状况,可能导致库区附近农⽥容易沼泽化和盐碱化,使原本不受地下⽔浸润的建筑物地基变为受浸润状态。
稳定渗流的有限元计算新方法
稳定渗流的有限元计算新方法
稳定渗流的有限元计算是地下水模拟中的重要问题之一。
传统的有限元计算方法在处理稳定渗流问题时往往存在数值不稳定性和精
度低下的问题。
为了解决这些问题，研究者们提出了一些新的有限元计算方法。
其中，基于稳定的低阶元素的有限元计算方法是目前广泛采用的一种方法。
该方法采用具有稳定性的低阶元素，如Mini元素、bubble 元素和Gauss点元素等，将数值稳定性和精度提高到了一个新的水平。
此外，该方法还通过使用增量式计算、时间步长控制和网格自适应等技术来进一步提高计算效率和精度。
另外，基于混合元素和间隙稳定化的有限元计算方法也是一种有效的稳定渗流计算方法。
该方法利用混合元素来处理渗流方程中的压力项和速度项，并通过间隙稳定化技术来控制数值不稳定性。
该方法不仅能够提高计算效率和精度，还能够处理非线性和非均质渗透性问题。
总之，稳定渗流的有限元计算是一个具有挑战性的问题，但随着新的计算方法的不断出现和发展，我们相信这个问题将会得到更好的解决。
- 1 -。
基坑开挖前5种常用井点降水方法
基坑开挖前5种常用井点降水方法基坑施工中，降水是必不可少的一项工程措施。
在基坑开挖前，我们需要选择合适的井点降水方法来控制地下水位，保证施工安全。
下面将介绍五种常用的井点降水方法。
1.井点抽水法：这是最常见的一种降水方法。
在基坑四周挖控制井，通过安装抽水泵将地下水抽出。
该方法适用于小型基坑降水，且可以灵活控制抽水井点的位置和数量。
需要注意的是，井点抽水需要合理计算抽水量，避免对周围环境造成不必要的影响。
2.井点充水法：这种降水方法适用于软土地区。
在基坑四周挖控制井后，将清水灌入井中，通过增加井点内部水压，压制周围地下水位。
这种方法的优点是简单易行，但需要注意掌握充水量和速度，避免造成过大的土体液化。
3.减压井点法：该方法适用于在含水层中进行开挖的基坑。
通过在基坑四周挖控制井，从井点中抽取地下水，形成降水锥，达到降低地下水位的目的。
减压井点法适用于透水性较好的地层，但需要注意井点布置的合理性，以保证降水效果。
4.隔离板法：这是一种相对复杂的井点降水方法，在基坑施工过程中使用较为普遍。
在基坑四周挖控制井后，安装隔离板将基坑与外部地下水隔离开来，再通过控制井点的抽水量，将基坑内部的地下水位降低。
该方法适用于基坑较深的情况，需要合理设计和施工隔离板，保证其承载能力和密封性。
5.土工织物法：这是一种相对节约和环保的降水方法。
在基坑四周挖控制井后，将土工织物铺设在井点周围，形成人工渗流带，通过土工织物的渗流作用将地下水逐渐排出。
这种方法适用于含水层较浅，成本较高的情况下，但需要注意土工织物的选择和布置。
这五种常用的井点降水方法在基坑施工中被广泛应用。
在选择合适的方法时，需要考虑基坑的规模、周围地质环境、施工条件等因素，以确保降水效果和施工安全。
同时，施工过程中需要进行实时监测和控制，以及进行合理的排水处理，以保证施工的顺利进行。
渗流场有限元计算中排水井的处理方法
渗流埸有 限元 算 中排水 井的虚理 方法
宋新 江 ，钱 财 富 ，吴世 馀
（ 利 部 淮委 水 利 科 牮研 究 院 ，安 徽 蚌 埠 ２ ３ ０ 水 ３ ０ ０）
摘
要 ：愿 用有 限元计 算彀 有排 水 井的渗 流埸 ，焉便 于和 单元衔接 和 减 少翠元数 量 ，须封排 水 井做 某
算。
１
Ｉ
：
本 文封 于 ｎ径 较大 的井 ，属便 于和井 的郑接 罩 元 衔接 ，将井鹑 化扇 等效 的正 多遏 形井 ；封于 小 ｜ １ 径 井 ，仍用 参考 文献 ［］ ［】 １ 、 ２ 的方法 ，以 含井 罩元 取 代井 的遗 界 ，另 改造 了其封 四 面髓 含井 罩元 流量 卦 算 中的 面横系敷 。文 中首先 群细 阐述井 魔理 方法 的
Ａ ２ １ ． ｏｕ ， ｏ４（ ｅｉｌ ｏ ２ ） 土木 工程舆 建篥 Ｊ ｕ ｌｆ ｖ ｎ ｉ ｅｉｇａ ｄＡ ｃ ｉｃ ｒ，Ｓ Ｎ １ ３ －３ ９ Ｕ Ａ ０ Ｖ ｌ ４ Ｎ ． Ｓ ｒ ． ９ ０ ｍｅ ａＮ ｏ ｍａ ｏ ｉ ｇｎ ｒ ｎ ｒｈｅ ｔ ｅ ＩＳ ９ ４７ ５ ， Ｓ Ｃｉｌ Ｅ ｅ ｎ ｔ ｕ
ＡＣ 缝 ：
．
卅一． １１ ！ 『
＋ …
１ Ｉ 一
一
１ ２２ （ ｎ—Ｉ ８３ ） （ ｎ一１ ）
万
ａ【ｓｉ 一 Ｉ ｎ
２ ｍ （ｎ ｎ Ｉ＋ ． ｍ ． ・
卅 十）］ ｌ ！一 ｝ Ｉ
（３ ）
ｒ
ａｎ 十
Ｕ＝ 一 ， ｆ １１ １ ｍ ：０ ｏ —ｌ１＝ ． ～ ｏ
一
１ 转化焉和井等 效的正多遗形井 ．
２ｍ （ｎ ａ ｒ
！１］１１： ２ ）ｌ ，。 （ 一 ｝） ０ ｌ！ ＝ ！ ～ ） （： 一 ∞ ＝ －
有限元方法与解析计算在分析水平井井壁稳定问题中的运用
井 壁 的 张 性 破 裂 与 剪 切 垮 塌 是 钻 井 工 程 中 经 常 遇 见 的 井 壁 稳 定 性 问 题 ， 是 长 期 以 来 一 直 困 扰 人 也 们 的 技 术 难 题 ， 重 的 影 响 着 钻 井 的 速 度 、 量 及 成 严 质 本 ， 部分 新探 区还 会 因井 壁不 稳 定而 无法 达到 目 对 的 层 ， 误 勘 探 开 发 进 度 ， 响 其 经 济 效 益 ［， 着 延 影 １ 随 ］ 对 井 壁 稳 定 问 题 的 逐 渐 深 入 研 究 ， 们 提 出 了 ３ 量 人 ｖ
收稿 日期 ：０ ９ １ ２ ２ ０ ～１ —０
２１ 年第５ ００ 期
鄢荣等 有限元方法与解析计算在分析水平井井壁稳定问题 中的运用
１ Ｊ ＝０ ＂ｒ ｒ ｚ
一 Ｊ（ ≥ ｝ ㈤ ｌ Ｉ３ ￣ ） Ｏ ＇ ｒ 一 ＋
２
图 １ 坐 标 变 换 图 新 坐 标 系 下 ， 轴 与 ｚ轴 重 合 ， 井 ａ为 井 斜 角 ， 口为 井斜方位角， ０为 井 壁 上 某 点 的 矢 径 与 水 平 最 大 主 应 力 之 间 的 夹 角 ， 标 转 换 后 的 地 应 力 场 求 解 公 坐 式 ：
Ｍ ｏ ｒ Ｃ ｕ ｏ ｂ 强 度 判 别 准 则 判 定 井 壁 稳 定 性 问 题 稍 显 保 守 ， 通 过 有 限 元 方 法 分 析 出 的 井 壁 稳 定 性 ｈ — ｏ ｌｍ 而 问 题 则 更 接 近 实 际 ， 且 分 析 了二 者 出现 分 析 差 异 的 原 因是 所 使 用 的 判 定 准 则 不 同 ， 析 计 算 是 将 井 壁 并 解
岩 石 当 成 弹 性 体 ， 用 的 是 不 考 虑 中 间 主 应 力 的 Ｍ ｏ ｒ Ｃ ｕｏ 采 ｈ — ｏ ｌ ｍｂ 强 度 准 则 而 有 限 元 分 析 是 将 岩 石 当 成 弹 塑 性 体 ， 用 的 是 考 虑 了 中 间 主 应 力 的 ＤＰ 强 度 判 别 准 则 ， 外 ， 井 壁 稳 定 性 分 析 中 ， 石 的 基 础 参 采 另 在 岩 数 Ｃ， 对 井 壁 稳 定 性 分 析 有 较 大 影 响 。 西 关 键 词 ： 限 元 ； 析 计 算 ； 平 井 ； 壁 稳 定 有 解 水 井 中图 分 类 号 ： ４ ． ０２ １ ８：ＴＥ２ ８ 文献 标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ６ ７ ８ （０ ０ Ｏ 一 Ｏ ２ 一 Ｏ １Ｏ— ９１２ １ ）５ １ ６ ２
水库大坝渗漏原因及防护措施
水库大坝渗漏原因及防护措施摘要：渗漏问题是水库大坝工程中的常见问题，而随着近年来水坝加固技术的不断发展，在水库大坝的渗漏防治上有了很大的进步，对于出现渗漏的水库大坝应该具体分析其出现渗漏的原因，并根据原因针对性地采取相应的防治措施，从而有效维持和延长水库大坝的寿命，增加水库大坝的经济效益。
本文对水库大坝渗漏原因及防护措施进行分析。
关键词：水库大坝；渗漏原因；防护措施水库建设中，预防水库坝体渗漏是一项重要工作。
我国多年来的实践显示，水库大坝、堤坝渗漏现象比比皆是，不但直接降低了蓄水功能和效益，也给工程带来隐患，影响到大坝工程质量和效益目标。
联系实际，把握水库大坝渗漏的状况和原因，提出准确的防治措施，有效杜绝水坝渗漏，对提高水库建设质量，更好地为三农服务，为现代化建设服务，意义重大。
1水库大坝存在的破坏隐患水库大坝长久受到河流、山体等压力的冲击，使得水库大坝在长久使用过程中会出现一定的病害，主要包括变形破坏和渗漏破坏，其中渗漏破坏主要是大坝基体下渗漏的水流，会使大坝本身的某些颗粒发生移动，导致大坝基体部分结构会出现变化，导致渗漏的发生。
而变形破坏则是在渗流的冲击下大坝本身抗剪强度降低，使得坝体某些部位出现不均匀的裂缝、变形或下滑，导致形成崩岸、滑坡等变形形式。
由此可见，渗漏问题是导致水库大坝寿命降低，经济效益下降的主要原因，大坝渗漏会使坝体软弱结构面的强度降低，是坝体中的某些断裂带或岩土的结构发生变化，导致变形发生。
而随着时间的推移，大坝周围的相邻低谷和洼地扬压力会增加，使得下游地的水位抬升，淹没建筑物的地基。
2大坝渗漏形成原因根据大坝渗漏发生的部位不同，分为坝体渗漏、坝基渗漏、绕坝渗漏三种情况，各种渗漏的原因分析如下。
2.1坝体渗漏主要原因大坝在加高培厚过程中，坝体通过很多次规模的扩建，新、旧坝体连接的位置处置不好，筑坝土石料质量差，土石料水性大、回填土中块石及杂物过多，引发坝体渗漏隐患。
如果大坝提高蓄水水位，坝体的防渗体将承担更大的水压力，进而导致防渗墙失去其用途，存在溃坝的危险。
坡地地下室渗流减压抗浮分析
４．５实际的施工情况 本工程实际未施工减压井，而是代之以抬高底板高程。
５．地下室底板扬压力监测
为确保工程安全，在施工期对该工程地下室底板扬Ｈｉ为１３个测点的和聂阁，半黑嘲标记为深垃观测”．个黑嘲为件通脱测升。Ｊ玎水化计测定测 雎杵水位．换翦＝成地Ｆ室底饭水头值，进嘶得至Ｕ地Ｆ室底扳的扬压力。 从地下室底扳浇注好开始观测．为期一年．共观测２５次。频率为约半个月观测一次，遇暴雨ｎｔ 加大观测频牢。
坡地地下结构四周存在一定的水头差，如按照常规方法取上游水位值为抗浮水位就会增加建设 成本，如取Ｆ游水位值则抗浮设计得不到满足容易发生事故。且在地下结构的作用下．坡地渗流场 产生更复杂变化．为使坡地地下结构的抗浮设计更加科学合理，必须对坡地地下结构的洛流场研究 透彻，掌握地下结构所受浮力的分布情况。 为此，初步分析时先将场地地层按照渗流特性进行简化合并为覆盖层、砂层和不透水层三层考
国３槭压井方案一典型剖面ＧＨ水头值
根据有限元计算结果可得到如下结论：１）Ｂ区底扳底高程为＋３３ ６５ｍ，计算水头值为
３４ ５—３３
８ｍ，所受扬压力为８．５一ｌ ５ｋＰａ，平均扬压力为５ｋＰａ：２）Ａ匮底板底高穰为３６ ２５ｍ，计算水
头值为４１，３５ｍ，所受扬压力为４８ｋ－－ＯｋＰａ，除西边山脚处局部扬压力较大外．大ｆ；｛ｆ分面静｝扬压力小 于２０ｋＰａ．有－－ｄ＇半面积为０：３）Ｃ区底板底高程为３７ ７５ｍ。计算水头值为４ｌ～３５ｍ之间．所受扬压 力为３３－．，０ｋＰａ，除西南边Ｉ ＪＪ脚处极小部分受的扬压力较大外，大部分面积所受扬压力小于ｌ ３ｋＰａ，有 一大半面积所受的扬压力为０。
ｌ基）、＋３３ ６５（Ｂ区）和＋３７
７５（Ｃ区），如图ｌ地下室底板底标高及上部恒载所示。各分区上部恒载
岩土工程渗流：第5章 地下水井流理论
5.1.3 其他井流情 况与相关的约定
向井中注水的情况实际上和抽水的情况一样，在计算与分 析中可以同样利用抽水的相关理论。
本章除特别提到的条件外，一般都用了以下的假定： (1)含水层中水流服从Darcy定律 (2)在水头下降的瞬间水就释放出来（专指潜水浸润面） (3)含水层均质、各向同性、无限延伸 (4)含水层底部水平，承压含水层等厚 (5)抽水前的地下水面是水平 (6)忽略弱透水层的贮水性
17
计算影响半径R的经验公式和经验值
18
19
2）两个观测孔的井流公式
Q 2 KM H0 hw
ln R rw
sw
H0
hw
Q
2 KM
ln R
rw
边界条件并不一定在r=R和r=rw，可以是任何已知点的 水头值（ri，Hi）或降深值（ri，si）。
承压井流量 一般形式为：
Q
2
KM H1
计算机广泛应用 前的时代产物
14
5.2.2 承压井的齐姆（Thiem）公式
1）引用影响半径
影响半径R的取值，理论上没有严格证明，实际上 是困扰人们的一个问题。 该问题分为两类：
无限大区域中R取值； 有界区域R取值
2）两个观测孔的井流公式
由于井壁影响，应用时有误差，工程中常用两个 观测孔的井流公式。
s(x, y,t) H0 (x, y, 0) H (x, y,t)
井中心处降深最大，离井越远降深越小，整个水头下降 区呈漏斗状，称为降落漏斗。
潜水井的降落漏斗在含水层内部扩展，有自由面。
承压水井的降落漏斗没有自由面，是水头的降低区。
如无其他来源，潜水井抽出的水量相当于降落漏斗的含 水层体积的重力疏干，而承压水井的水来自于因降深漏 斗处的水头降低造成含水层的弹性释水。（非稳定井）
有关渗流的一些工程问题
l0 l1 l2 s l l3
水位降深是否达到设计要求? 潜水完整井：
h H 2 Q lg R r0 1.366k r0
图4－67
e:
'cos wi tg 'sin
垂直向内
Fs 11.15i
i 3 sin cos
4.5.3 挡土构造物上的土压力和水压力
1.静水压力作用下的水土压力:水土分算与合算 2.不同渗流情况下的水土压力
3. 超静孔隙水压力对水土压力的影响
1. 水土分算与合算
pa z Ka 2c
3)其他形式还有接触流土和接触冲刷等。
3. 渗透变形的防治---上挡下排 垂直防渗
图4－41 长江二期围堰的断面
水平防渗 背水侧压重防止渗透破坏
图4－42 堤防的水平防渗
排水减压井 图4－43 减压井
褥垫式、棱体式、贴坡式排水 图4－44 土坝的下游排水
基坑流土的防治
砂卵石压重
图4－45 基坑的流土防治
3)在渗流固结中，孔压消散，相应的挡土构造 物上压力不断变化。
4)采用总应力分析时，则应合理地选用强度指 标。
5)发现正孔压的滑 裂面与墙夹角大于 =37 6)无孔压, =30
图4－57 超静孔压对土压力的影响
负孔压时，滑裂面 倾角小于 =27.4
图4－58 土中的负孔压对土压力的影响
超静孔压与土压力
Q
2.73k
lg
MS R
r0
r0
S
M
图4－65 承压完整井
承压非完整井系统的涌水量计算公式
Q 2.73k
MS
lg R r0 M l lg(1 0.2 M )
水平裂缝压裂井眼位移的有限元计算
水平裂缝压裂井眼位移的有限元计算下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
文档下载后可定制修改，请根据实际需要进行调整和使用，谢谢！本店铺为大家提供各种类型的实用资料，如教育随笔、日记赏析、句子摘抄、古诗大全、经典美文、话题作文、工作总结、词语解析、文案摘录、其他资料等等，想了解不同资料格式和写法，敬请关注！Download tips: This document is carefully compiled by this editor. I hope that after you download it, it can help you solve practical problems. The document can be customized and modified after downloading, please adjust and use it according to actual needs, thank you! In addition, this shop provides you with various types of practical materials, such as educational essays, diary appreciation, sentence excerpts, ancient poems, classic articles, topic composition, work summary, word parsing, copy excerpts, other materials and so on, want to know different data formats and writing methods, please pay attention!水平裂缝压裂井眼位移的有限元计算简介水平裂缝压裂技术在油气开采中发挥着至关重要的作用。
.水平面渗流有限元计算中减压井点处理
摘要：为解决水平面二维有限元方法计算减压井时井点附近奇异区问题，在李祖贻等针对特定网格划分推导出修正井水位法的成果基础上，推导适应一般网格划分的修正公式。
通过特例分析计算，验证修正公式精度和适应性，减压井计算受单元尺寸、尺寸差异影响很小，流量和井点以外节点水头值满足精度要求。
针对有限元计算时涉及的井阻力情况，给出实用的修正公式处理方法。
关键词：有限元减压井渗流中断面法20(1华南理工大学土木工程系，广东广州510641；2广东省水利水电科学研究院，广东广州510610)减压井是堤防防渗加固的一种常用工程措施，需要定量分析它的出水量和减压效果。
多数堤防强透水层水平成层分布，满足缓变渗流条件[1]，可以用水平面二维有限元方法。
井的公式大多在缓变渗流条件下推导出的，因此在水平面有限元计算中，可将减压井设为一个节点，以出水量和井内外水位差的协调，将井的公式与其结合，解决计算问题。
因井点附近是奇异区，水头分布为对数旋转面，无法用有限个平面或低阶曲面拟合，必须作特殊处理。
李祖贻等[1,2]以在井周划分为4个相同的等腰直角三角形单元的特殊情况(图1) ，推出修正井水位法及修正井周单元渗透系数法。
设hw为井水位，h0为井节点计算水头，ha为井周节点计算水头。
井水位修正的要求是：给定修正量Δh,当h0满足h0=hw+Δh时，计算得井的出水量Q和井周节点水头ha与解析解相同。
由此得：(1)式中：q=Q/T为单位厚度流量；a为节点间距。
由于该修正公式针对特定单元划分，应用时有一定局限性。
修正井周单元渗透系数法的数学推导与修正井水位法相同，只在计算中处理方式不同，两者计算出水量差不多。
但当井数多，单元尺寸与井间距相比不很小时，由于单元渗透系数修正使井后区域计算得水头偏低(回升水头偏小)。
因此，后续讨论仅就修正井水位法进行。
减压井还受非完整井、井壁摩阻力和动力水头等影响，井水位与滤管外砂层的平均水头不同，分别用h′w和hw表示，两者之差是井出水量的函数，可由井的公式[1,3]获得。
水平井渗流场的进一步探讨
Ξ
收稿日期: 2009- 07- 26 作者简介: 齐成伟 ( 1983—) , 男, 汉族, 山东泰安人, 2007 年毕业于中国石油大学 ( 华东) 石油工程专业, 现就读于中国石 油大学 ( 北京) 研究生院。 © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
2Π x 1
∫4Πs y
Q
2
x2
1+ y ’ x dx =
2
Q dx ∫ 2s
( 17)
绘出入流剖面, 如图 2。
在这个规律上, 平面椭圆渗流场与三维椭球渗 流场在几何学上呈现出完美的一致性。 同时, 这种一 致性使我们更加坚信均匀入流特征。 下面来求三维无界油藏的产能公式。 令 a = sch Φ 、 , 代入式 ( 8) 得到 b= s sh Φ 5w = Q
s ch ( 2Π 5 q)
2 2
以 2 得整个平面的入流剖面 ( 见图 1)
v= q
Π s2 - x 2
( 4)
图 1 平面椭圆渗流场的沿程入流剖面
观察图 1, 得出结论: 平面椭圆渗流场的沿程入 流剖面呈中部低、 两端高的对称形态。 3 探索规律 为了方便对比, 将平面径向渗流场和球面径向 渗流场的等速线 面和等势线 面汇集成表 1。
a w
0
a
- a
w
( 12)
式 ( 12) 最后一个等式, 揭示出三维椭球渗流场 的入流剖面为
v= Q 2s
( 13)
( x - s) 2 + y 2 + z 2。
从而求得 55 2 55 2 55 2 〕+ 〔 〕+ 〔 〕 5x 5y 5z Q 1 ( 9) = 4Π [ (L R ) 2 + ( x 2 + y 2 + z 2 - s2 ) L R ] 2 可见, 三维椭球渗流场的等速面既不是椭球面, 也不是卡西尼卵形线的旋成面。 将 s = 0 代入式 ( 9) , 得式③。 即, 三维椭球渗流 场能够包含球面径向渗流场作为其特殊情况, 与本 文第三部分的期望一致。 下面来求入流剖面。
平面应变有限元分析中砂井的处理方法
1998年6月水 利 学 报SHU IL I XU EBAO第6期平面应变有限元分析中砂井的处理方法Ξ赵维炳 陈永辉 龚友平(河海大学岩土工程研究所)摘 要 为了能用平面应变有限元来分析砂井地基,本文首先推导出了砂墙地基(砂井地基在平面应变条件下的表现形式)双向渗流等应变固结理论解,然后将此解与巴隆轴对称固结理论解相比较,得到砂井地基平面应变情况和轴对称情况之间的等效公式.此公式即考虑了地基水平变形,也考虑了砂井的涂抹作用.这种等效方法能方便、准确地用于砂井地基的平面应变有限元分析之中.关键词 砂井,固结,平面应变有限元,砂墙.目前,砂井(包括砂桩、塑料排水板)排水方法已广泛地应用于各种软基处理工程当中.在常规的工程设计中,一般把砂井群地基简化成单井地基,按轴对称固结情况来分析其固结过程.若要用有限元来分析,对砂井地基严格的讲应该采用三维固结有限元来计算.但是三维有限元分析本身的工作量就已相当大,如果再加上密集的砂井而导致划分的单元大为增加,相比之下,平面问题有限元就要简便得多,得到广泛的使用.当然,若直接用平面应变有限元来分析,这显然是不对的.所以很有必要将砂井地基这种三维系统(或近似的轴对称问题)转换为平面应变问题来处理.其办法是把原来沿着路基、堤坝等建筑物的纵向有一定间隔分布的砂井想象成沿着纵向连续不间断分布的砂墙,即把原来的砂井地基变成打设了一排一排砂墙的地基.而这种砂墙地基就可以当作平面应变问题来分析.再者,在有限元划分网格时,往往需要在砂井(砂墙)上设置结点,但又不能将一个单元的每个结点均设在砂井上,这就要在砂井中间再划分一排结点,这将使结点数成倍增加,增加计算工作量.因此还需要放大砂井的间距.但这两种变换应保证变换前后主要基本量(如固结度)保持不变的前提下进行.有学者推导了等效变换公式,如Shinsya,H.[1]、Hird,C. C.[2]和Indraratna,B.[3]等.对于Shinsya,H.公式应用起来不方便和准确性不好;Hird, C. C.和Indraratna,B.均是从Hansbo理论出发推得的,前者未考虑涂抹作用,后者考虑了涂抹作用,但两者都没能考虑地基的侧向变形和竖向渗流的影响.我们知道地基的水平向变形在砂井地基的稳定性分析中是一个重要的因素[2],而且砂井的涂抹作用对固结速率的影响也是不可忽略的[4].本文将从广泛使用的巴隆理论出发,既考虑涂抹作用又考虑地基的侧向变形和竖向渗流的影响,得到砂井地基平面应变问题和轴对称问题之间的等效方法.这种等效方法只要调整渗透系数即可,对砂墙的间距可根据网格划分的需要任意取值.1 砂墙地基双向应变双向渗流等应变固结理论解与单井轴对称固结问题相类似,如图1,取单排砂墙来分析.B为砂墙间距的一半,H为砂墙打设的深度,r w p为砂墙厚度的一半(即为原砂井的半径).111 考虑涂抹的影响 砂井打设过程中,形成所谓的“涂抹区”,如图1所示,其外缘离中心的距离为r sp.涂抹区的固结变形很快就可完成,因此可将涂抹区扰动土视为不可压缩材料.若在涂抹区内不计竖向渗流影响,涂抹区孔隙压力u s应满足方程:k sp r w 52u s5x2=0,(1)Ξ本文于1997年10月15日收到.k sp为涂抹区渗透系数,r w为水的容重.根据边界条件:x=r w p时,u s=u w,其中u w为同一深度处砂井区域内的超静孔压.对式(1)进行积分后得到:5u s 5x=u sx=rsp-u wr sp-r w p,(2)式(2)整理后得:u sx=rsp =u w+(r sp-r w p)5u sx x=r sp.(3)图1 砂墙的固结问题112 双向渗流等应变固结解 巴隆在分析砂井地基时,为便于求解,将砂井地基变形分成自由应变和等垂直应变两种理想情况.经分析表明[5,6],自由应变解与等应变解差别很小,而后者在数学上要简单的多,因此一般采用等应变解即可.本文也仅推求砂墙地基的等应变解,并且考虑水平向变形的影响,即为等体积应变.如图取厚度为dz,x方向宽为B-x,纵向取单位长度的粘土薄片作为土体考察单元.通过其全部边界的总渗出水量为:ΔQ=qx・d t+-5q z5z d z d t变的=k x pr w5u5x d z d tk z pr w(B-x)52珔u z p5z2d z d t.(4)式中:k x p、k z p分别为砂墙地基的水平向和竖直向渗透系数;珔u z p为深度z处的平均超静孔压,定义为:珔u z p=1B-r sp∫Brspu d x.(5) 由于等体积应变假设,故同一水平面上各点体积应变相等,另设总应力不随时间变化,土体为线弹性体,于是土体单元的体积压缩量为:ΔV=εV・V=(εx+εz)(B-x)d z・1=-2(1+v)(1-2v)5珔u z pt(B-x)d z d t.(6)式中:v———土体泊松比;E———土体模量,E=(1-2v)(1+v)(1-v)m v,m v为本积压缩模量.式(4)、(6)代入体积变化连续条件ΔQ=ΔV,并整理得:-C xB-x5u5x+C z52珔u z p=5珔u z p5t.(7)式(7)中由于考虑了水平向变形,固结系数为:C x=k xp E2(1-2v)(1+v)r w=k x p2(1-v)m v r w;(8)C z=k z p E2(1-2v)(1+v)r w=k z p2(1-v)m v r w.(9)式(7)移项得:-1B-x5u5x=1C x5珔u z p5t-C z52珔u z p5z21,(10)上式右端与x无关,令A=1C x5珔u z p5t-C z52珔u z p5z2095.(11)将式(10)分离变量并对x积分一次可得:—45—u =A ・x22-A ・B ・x +f 1(z ,t ).(12) 下面需求积分参数f 1(z ,t ).在x =r sp 处应有:ux =r sp=u sx =r sp,即:ux =r sp=A2r 2sp -A ・B r sp +f 1(z ,t )=u sx =r sp.(13)将式(3)代入(13)中可得:f 1(z ,t )=u w +(r sp -r w p )5u s5xx =r sp-A2r 2sp +A ・B r sp .(14)再利用x =r sp 处,k x p5u 5xx =r sp=k sp5u s 5x x =r sp,将此式代入(10)式,并使得x =r sp ,最后整理为:5u s 5xx =r sp=A (r sp -B )k x pk sp.(15)式(15)代入式(14)可求得f 1(z ,t )=u w +A (r sp -r w p )(r sp -B )k x p k sp -A 2r 2sp+A B r sp .(16) 对式(12)沿x 方向在[r sp ,B ]内积分,并两边同除以(B -r sp ):1B -r sp∫Br spu d x =A B -r sp B 3-r 3sp 6-A ・B B -r sp B 2-r 2sp2+f 1(z ,t ).(17) 上式左边即为珔u z p ,f 1(z ,t )用(16)式代入,A 用(11)式代回,并令n p =B /r w p ,s p =r sp /r w p ,这样就可将(17)式整理为:-C xμp B 2(珔u z p -u w )+C z52珔u z p 5z 2=5珔u z p5t ,(18)其中μp =(n p -s p )23n 2p +k x p k sp (s p -1)(n p -s p )n 2p.(19) 当不计井阻作用时,u w =0,再加上初始条件和边界条件,得到关于珔u z p 的定解问题:-C x μp B 2珔u z p +C z 52珔u z p 5z2=5珔u z p5t ,珔u z p z =0=0,5珔u z p5zz =H=0,珔u z pt =0=u o .(20)解此定解问题得到z 深度平均孔压解析解为:珔u z p =u o∑∞m =12MsinM z He-K mp ・t,(21)其中:M =(2m -1)π2,(m =1,2……),(22)K m p=M 2C z H2+C xμp B 2.(23) 由(21)式可算得平均孔隙水压力:珔u p =1H∫H珔u z p d z =u o∑∞m =12M 2e-K mp ・t.(24) 于是得到砂墙地基的双向渗流平均固结度表达式:U p =1-∑∞m =12M 2e-K mp ・t.(25)2 平面应变固结理论与轴对称固结理论之间的等效公式不计井阻时,巴隆双向渗流轴对称等应变固结解析解由赵维炳推得[5,6]:z 深度处孔压表达式:珔u z a =u o ∑∞m =12Msin M z He -K ma ・t.(26)平均固结度表达式:珡U a =1-∑∞m =12M 2e-K ma ・t.(27)其中:K m a =M 2C z a H2+2C raμa r 2e,(28)μa =n 2n 2-s 2ln n s -3n 2-s 24n 2+k ra k s n 2-s 2n2ln s ,(29)C z a =(1+v )k z a3(1-v )r w m v ,(30)C ra =(1+v )k ra3(1-v )r w m v.(31) 式(29)中n 为砂井的井径比n =r e /r w a ,r e 指的是单井的有效排水区半径,r w a 为砂井半径;s 为涂抹半径r s 与砂井半径r w a 之比,s =r s /r w a .k ra ,k z a 分别为砂井地基的径向与竖向渗透系数.如本文前言中所述,对砂井地基进行平面应变有限元分析,实际上是把砂井地基变成了砂墙地基;而且划分网格时,还需要调整砂井(即砂墙)的间距.这些处理应保证处理前后地基的平均固结度或同一深度处的平均孔压保持不变的前提下进行.这可以通过在平面应变有限元计算时调整砂井地基的实际渗透系数来实现.比较式(25)、(27)或式(21)、(26)可知:欲使在任何时刻均有:珡U p =珡U a 或珔u z p =珔u z a (在任何同一深度),只需K m a =K m p .(32) 为方便起见,将水平向渗流和竖向渗流分开考虑.这样式(32)可表示为:水平向:2C ra r 2eμa =C xB 2μp .(33) 竖直向:C z =C z a .(34)先考虑水平向.将式(8)、(19)、(31)代入(33)式中整理得:k x p =D x ・k ra .(35)D x 为水平向渗透系数的调整系数:D x =4(n p -s p )2(1+v )L 29n 2pμa -12β(n p -s p )(s p -1)(1+v )L 2.(36)L 为砂井间距的放大倍数:L =Br e ; β=k ra k s,μa 见式(29).再考虑竖向渗流.将式(9)、(30)代入(34)式可得:k z p =D z ・k z a ,(37)D z 为竖向渗透系数的调整系数:D z =2(1+v )3.(38) 由式(35)和(37)知道:我们在平面有限元计算中所采用的渗透系数k x p 、k z p 应该分别是实际砂井地基渗透系数k ra 、k z a 的D x 和D z 倍.如安徽某电厂灰坝地基处理中,采用了正方形布置的塑料排水板方案.其间距为:112m ,115m ,210m.笔者在有限元计算中全部将排水板间距取为418m (即B =214m ),取土体泊松比v =—65—0135以及其它s=112,s p=112,β=710等.由式(36)和(38)计算得各种间距情况下渗透系数的调整系数见表1.表1 调整系数砂井的实际间距d/m210115112砂井的有效排水半径r e/m111280184601677假想砂墙所采用的间距2B/m418418418等效砂井半径r w a/m010350103501035水平向渗透系数的调整系数D x=k xp/k ra017171143721548竖向渗透系数的调整系数D z=k z p/k za0190190193 结语(1)本文推导出了考虑涂抹作用砂墙地基双向应变双向渗流等应变固结解析解,并与巴隆轴对称解比较,得到砂井地基平面应变问题和轴对称问题之间的等效方法.这样只要适当地调整渗透系数,就可以对砂井地基进行平面应变有限元计算.而且砂墙的间距可根据网格划分的需要任意取值.(2)对于有竖向排水设置的地基,其固结和渗透方面往往是水平向占主要方面,因此对水平向渗透系数的调整也是最主要的,而对竖向可以不作调整.这在以上的等效公式中有所反映.(3)水平向渗透系数的调整系数有可能大于1,也有可能小于1.这是因为在砂墙与砂井分布的间距相差不大时,砂墙地基的排水能力显然大于砂井地基的排水能力,固结速率方面砂墙地基要来得快一些,这时在计算中就应该缩小水平向的渗透系数,才能较真实地反映实际地基的固结情况;当计算时所采用的砂墙间距进一步扩大时,砂墙地基的排水能力就有可能小于砂井地基,这时就应该放大渗透系数.有人直接用间距的放大倍数(甚至是倍数的平方)当作渗透系数的调整系数,这样就会在任何L>1的情况下调整系数总是大于1,这显然是不对的.(4)对砂井地基平面应变问题和轴对称问题之间的等效,无论哪一种方法都不能保证每一点的孔压对应相等.但能保证两种情形下固结度和同一深度处平均孔压在任一时刻相等,这就抓住了地基固结和变形问题的主要方面,完全能满足实际工程的需要.参考文献1 Zeng G X,Xie K H&Shi Z Y.Consolidation Analysis of Sand2Drain Ground by F. E.M..In:Proc.8th Asian Regional Conf.S oil Mech.,K yoto,1987,1:139～142.2 Hird C C,et al.Finite Element Modelling Of Vertical Drains Beneath Embankments On S oft Ground.G eotechnique, 1992,42(3):499～511.3 Indraratna B&Redana I W.Plane-Strain Modelling of Smear E ffects Associated with Vertical Drains.J.G eotech.Engrg.Div.ASCE,1997,123(5):474～478.4 赵维炳.广义Voigt模型模拟的饱和土体轴对称固结理论解.河海大学学报,1988,16(5):96～105.5 赵维炳,施建勇.软土固结与流变.南京:河海大学出版社,1996.6 钱家欢,殷宗泽主编.土工原理与计算:北京:水利电力出版社,1994.A methodology for modeling sand-drain ground in plain strain analysisZhao Weibing Chen Y onghu G ong Y oupin(Hohai U niversity)Abstract A new method is described for consolidation analysis of modelling sand-drain ground in plain strain finite element analyses.First this paper presents two-way seepage consolidation solutions of sand2 wall ground,based on the assumption of equal strain boundary conditions.Second,comparisons of the so2 lutions and Baron’s axisymmetric consolidation theoretical solutions are conducted to find an equivalent and matching method for plane strain analyses and axisymmetric analyses of sand2drained ground.The ef2 fects of both the horizontal deformation and smear are considered in the matching procedure.The method introduced can be applied conveniently and accurately to analyze sand-drain ground by plane strain FEM.K ey w ords Sand2drain,consolidation,plane strain FEM,sand2wall.。
2023年土木工程师(岩土)《专业知识考试(下)》模拟卷2
2023年土木工程师（岩土）《专业知识考试（下）》模拟卷22023年土木工程师（岩土）《专业知识考试（下）》模拟卷21.[单选][1分]按《岩土工程勘察规范》（GB 50021—2022）（2022年版），在对桩基础进行勘察时，对土质地基勘探点间距的要求，不正确的是（）。
A．端承桩勘探点间距宜为12～24mB．端承桩与摩擦桩勘探点间距宜使持力层层面高差控制在1～2m C．摩擦桩勘探点间距宜为20～35mD．复杂地基的一柱一桩工程，宜每柱设置勘探点2.[单选][1分]在平面稳定渗流问题的流网中，正确的是（）。
A．在渗流条件变化处，等势线可以不同角度与流线相交B．不论何种情况下，等热势线总与流线正交C．流线间间距越小，表示该处的流速越小D．流线间间距越小，表示该处的水力坡度越小3.[单选][1分]我国现行《公路隧道设计细则》把围岩分为五类，下面说法正确的是（）。
A．Ⅰ类围岩强度最高，完整性最好，弹性波速最大，泊松比最大B．Ⅰ类围岩强度最低，完整性最差，弹性波速最小，泊松比最大C．Ⅰ类围岩强度最高，完整性最好，弹性波速最大，泊松比最小D．Ⅰ类围岩强度最低，完整性最差，弹性波速最小，泊松比最小4.[单选][1分]某一由外倾软弱结构面控制的岩质边坡工程，高10m，其控制范围内有一重要的工业建筑，按照《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330—2022），该边坡工程的安全等级应确定为（）级。
A．一B．二C．三D．四5.[单选][1分]设有中央分隔带的高速公路路基设计标高采用（）标高。
A．路基边缘B．中央分隔带的外侧边缘C．路面中心D．路基平均6.[单选][1分]下列选项中，可以不进行土石坝填土渗透稳定校核的一项是（）。
A．已经设置了排水盖重层或排水减压井B．在浸润线出逸点至下游坡脚的一段已经按要求作好反滤排水设备C．均质土坝坝体的填筑密度尚未满足设计要求D．坝体填土的渗透系数小于地基土的渗透系数7.[单选][1分]按照《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120—2022），在建筑地基详勘阶段，对需要支护的工程进行勘察时基坑周边勘探点的深度应根据基坑支护结构设计要求确定，一般不宜小于（）倍的开挖深度。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
水平面渗流有限元计算中减压井点处理摘要：为解决水平面二维有限元方法计算减压井时井点附近奇异区问题，在李祖贻等针对特定网格划分推导出修正井水位法的成果基础上，推导适应一般网格划分的修正公式。
通过特例分析计算，验证修正公式精度和适应性，减压井计算受单元尺寸、尺寸差异影响很小，流量和井点以外节点水头值满足精度要求。
针对有限元计算时涉及的井阻力情况，给出实用的修正公式处理方法。
关键词：有限元减压井渗流中断面法20(1华南理工大学土木工程系，广东广州510641；2广东省水利水电科学研究院，广东广州510610)减压井是堤防防渗加固的一种常用工程措施，需要定量分析它的出水量和减压效果。
多数堤防强透水层水平成层分布，满足缓变渗流条件[1]，可以用水平面二维有限元方法。
井的公式大多在缓变渗流条件下推导出的，因此在水平面有限元计算中，可将减压井设为一个节点，以出水量和井内外水位差的协调，将井的公式与其结合，解决计算问题。
因井点附近是奇异区，水头分布为对数旋转面，无法用有限个平面或低阶曲面拟合，必须作特殊处理。
李祖贻等[1,2]以在井周划分为4个相同的等腰直角三角形单元的特殊情况(图1) ，推出修正井水位法及修正井周单元渗透系数法。
设hw 为井水位，h0为井节点计算水头，ha为井周节点计算水头。
井水位修正的要求是：给定修正量Δh,当h0满足h0=hw+Δh时，计算得井的出水量Q和井周节点水头ha与解析解相同。
由此得：(1)式中：q=Q/T为单位厚度流量；a为节点间距。
由于该修正公式针对特定单元划分，应用时有一定局限性。
修正井周单元渗透系数法的数学推导与修正井水位法相同，只在计算中处理方式不同，两者计算出水量差不多。
但当井数多，单元尺寸与井间距相比不很小时，由于单元渗透系数修正使井后区域计算得水头偏低(回升水头偏小)。
因此，后续讨论仅就修正井水位法进行。
减压井还受非完整井、井壁摩阻力和动力水头等影响，井水位与滤管外砂层的平均水头不同，分别用h′w和hw表示，两者之差是井出水量的函数，可由井的公式[1,3]获得。
1 按等分圆周角划分单元时的修正公式1.1 修正公式推导图1中的4个三角形可看成在以井点为圆心，a为半径的圆周上4等分而分割成的单元。
下面进一步讨论划分任意n等分的情况。
图2 所示为等分n个单元后的其中一个。
为便于讨论，将坐标系平移、旋转，使井点i落在(0,0) ，j点落在x轴上，这样不影响流量计算。
该三角形两相邻边长为a，夹角φ＝２π/n，井点计算水头为h0，j、m点水头ha，单元流量qe按中断面法计算[1]：(2)式中：Δ为单元面积；bi,bj,bm,ci,cj,cm为单元节点对边向y及x 轴投影长度，可在一般有限元书中找到。
注意到图2中流量定义与井出水相反，按井点习惯出水为正，反号后由式(2)推得：(3)设流向井点的水均匀分布，总流量q与qe的关系为q=nqe=2π=qe/φ，整理可得(4)按修正的要求，同一流量下，半径为rw的井，距井点a处水头也为ha，解析公式为(5)由式(5)与式(4)可得按等分圆周角划分单元时的修正公式(6)显然，式(1)是式(6)在φ＝π/2或n=4时的特例。
1.2 对修正公式的讨论修正公式含有流量，受远处单元影响情况需进一步论证。
讨论最简单的情形：单元分划成放射状，如图3所示。
第1圈节点距井点a，节点数n，两节点对应圆心角φ，节点水头ha。
第m圈节点距井点ma，节点数mn，两节点对应圆心角φ/m ，坐标旋转为图3所示情况下，φ角对应区域的m+1个节点坐标为(macosi/φm,masini/φm(i=0,1,…,m)，节点水头hm。
该圈与m-1圈间共(2m-1)n个单元，其中mn个单元有两个节点在m圈上，(m-1)n个单元只有一个节点在m 圈上。
由中断面法可求得该圈单元向井流量近似值为qm=klm(hm-hm-1)/a(6)式中：lm为m圈各三角形单元中断面长度与三角形高的比值累加再乘以单元尺寸a，l1=antan(φ/2)，(7)由于通过各圈单元流向井点的流量相等，递推可得(m=1,2,…,M)(8)式中：M为井的影响半径R对应的节点圈数，R＝Ma。
设远方水头为hR，将式(4)、式(6)代入式(8)，消去h0，ha得(9)解析解流量q′=2πk(hR-hw)/ln(Ma/rw)。
作为对比，可计算同等条件下不作修正的流量qu，这只须在式(8)中令h0=hw，并将式(4)代入消去ha，得。
定义流量相对误差Δq=(q-q′)/q′，可对各种不同网格划分的计算流量进行比较。
表1列出R=1000rw时(相当于井径02m，影响半径100m)，不同单元尺寸计算流量的相对误差Δq。
表1 不同网格划分的计算流量相对误差比较(%)a/rwπ/2π/4π/8φ→0修正不修正修正不修正修正不修正修正不修正2050100-0.404 -0.403 -0.39925.3 50.3 77.00.353 0.352 0.35019.4 41.9 65.40.4830.4820.47818.039.962.70.5310.5300.52517.639.361.9由表可见，未作修正时，流量计算误差很大，且受单元尺寸影响很大。
经修正后，算得流量几乎不受尺寸影响。
当φ由大变小，流量误差随之由负变正，当φ趋向于0，误差趋向于0.53%，不大于1%。
误差最小值在φ＝π/2～π/4，即4～8等分圆周时。
图4为井点附近节点水头与理论解(对数曲线)比较(R＝1000rw,a=50rw,φ=π/4)。
图中可见修正后的井周外第二圈节点水头与理论曲线吻合很好。
井点处计算结果h0与理论曲线相差较大。
由公式的定义即知，h0仅是一个与出水量相关的过渡数，并无实际物理意义。
未经修正的计算结果则表现为井点准确，井点外节点水头明显偏低。
因此，井点修正的真正意义在于，以放弃井点水头准确而换取出水量及井周节点水头的准确。
2 一般网格划分的修正公式对更一般的情况，井点附近剖分成m个三角形单元，第i单元位于井点处夹角为φi，所有单元夹角组成圆周角∑φi=2π。
图5所示为其中一个三角形单元(同样也作了坐标平移和旋转)，夹角φi，边长为ai，ai+1，节点水头hai,hai+1，井位水头h0。
仍用式(2) 求流量(与前面一样，也需将符号改变)。
单元流量为qi=k/2aiai+1sinφi[(hai-h0)ai+1(ai+1-aicosφi)+(hai+1-h0)ai(ai-ai+1cosφi)](10)总流量q与qi的关系为∑qi=q，按修正公式要求：Δh=h0-hw(i=1,2，……，m)(11)整理后得(12)式中：Ai为三角形面积；bi为井点的对边边长。
按式(12)计算，当井周单元较均匀时，误差很小，但当井周节点分布不均时，会有偏差。
其原因在于仅用一个修正量不可能使所有节点满足式(11)。
为此增加对流向井点水量的约束条件：设其均匀分布，qi=q φi/2π。
定义单元修正量：Δhi=h0-hw。
让每个单元独立满足流量、节点水头条件，求出各自对应的修正量，再选用适当的权函数加权平均求平均修正量。
第i单元的修正量为为保证修正后尽可能满足流量条件，权函数应与单元流量相关。
由于单元流量与总流量关系是夹角φi与圆周角之比，因此取φi/2π为权函数，加权平均得(13)该式即为适应一般网格划分的修正公式。
作为特例，当所有ai=a,φi=φ时，式(13)变成式(6)。
3 修正公式在有限元程序中的处理方法由式(13)或式(6)可见，Δh=h0-hw是q=Q/T的线性函数，可表示为一般形式：h0-hw=CQ或Q=(h0-hw)/C，式中C是与井周节点分布相关的常数。
在有限元计算时可根据涉及的井阻力情况选用不同处理方法：①完整井且不计井阻力。
由Q=(h0-hw)/C，(注意有限元计算时以流入为正)只需在总系数矩阵对应于井节点的对角元素加1/C，右端项对应于井节点的元素加hw/C。
②非完整井不计井阻力。
非完整井的井水位h′w 与滤管外砂层的平均水头hw不同，两者之差也是q的线性函数，具体形式在文献[1,3]中不完全相同，但其形式都可写为hw-h′w=DQ，因此可按完整井的方法处理，只需将C变成C+D。
③一般情况。
计入井阻力时，流量Q与hw-h′w关系为非线性函数[1,3]，但仍有Q＝(h0-hw)/C。
在有限元计算时须用迭代方法求解。
迭代过程为：先假定流量Q，通过有限元计算h0。
用h0代入流量Q与hw-h′w和h0的非线性函数解出新的流量Q′，用新流量调整旧流量，再进入计算，直至得到满意结果。
如果是两层或多层强透水层，则对每一层分别进行迭代过程，各层流量Q与各层hw-h′w和h0的关系一般为 Q的多元二次方程组[3,4]。
上述处理方法已编入“水平二维有限元程序”[4]。
4 精度验算及应用情况简介用一个简单算例可验证修正公式，设减压井为完整井，透水层厚T＝5m，渗透系数k=100m/d，井半径rw=0.1m，影响半径R＝100m，远方水头与井口高程差hR-hw=3m，不计井阻力。
由解析公式可得井出水量Q＝1364.4m3/d，到井点距离为5m、10m、20m处降深分别为1.30m、1.00m、0.70m。
有限元计算区域为半径R＝100m的圆形，减压井设在圆心，三角形单元，按图6所示6种井周单元划分方法。
计算结果列于表2。
表中可见经修正后，6种划分所得流量都与解析式算得相近，相对误差在-0.59%～0.73%之间，降深误差也很小。
不修正的两种情况，流量误差为77%和50%，与表1所列相符。
表中②④⑤单元尺寸相同，但划法不同，所得结果完全相同。
⑥井周单元差异较大，但结果仍很满意。
不同单元划分Δh差异较大，这与按等分圆周角的讨论结果相同，即h0仅是一个与出水量相关的过渡数，并无实际物理意义。
井点的真实水位仍是井水位 h′w。
表2 不同单元划分时有限元计算结果与解析解比较解析式修正公式不修正公式①②③④⑤⑥①⑤Q/(m3·d-1)Δh/m1364.41356.51.311356.41.011357.91.211356.41.011356.4 1.011374.4 1.172407.8 0.002045.9 0.00降深r=5m r=10m r=20m1.301.00 0.701.01 0.701.31 1.00 0.691.31 1.01 0.691.31 1.00 0.691.31 1.00 0.691.34 1.02 0.701.80 1.251.98 1.51 1.05北江大堤大量应用减压井，是验证计算方法的主要工程对象。
早期的研究计算只考虑井阻力，未采用井点水头修正方法，计算结果与实际有一定差异，流量、降深偏大，应用时只能按较大安全系数折减。