CN109213966B - 悬挂式截水帷幕绕渗涌水量计算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及悬挂式截水帷幕绕渗涌水量计算的技术领域，公开了悬挂式截水帷幕绕渗涌水量计算方法，1)确定hw值、hd值及he值，hw为地下水位线至基坑底的距离，hd为截水帷幕底嵌入基坑底的长度，he为截水帷幕底到基岩顶面的距离；2)根据地下水位下降的影响半径R以及基坑等效半径ro，结合hw、hd、he等值，得出最大水力梯度值imax以及最小水力梯度值imin；3)根据最大水力梯度的权重系数ξ、最小水力梯度相对应的权重系数1‑ξ，得出平均水力梯度
Figure DDA0001810655390000011
4)根据基坑底渗流面积A及等效渗透系数keq，得出绕截水帷幕底渗入基坑内的涌水量Q。采用系数ξ修正imax值与imin值，并加权平均，得到的平均水力梯度
Figure DDA0001810655390000012
最终计算涌水量Q，原理简单、使用方便，且精度高。

Description

悬挂式截水帷幕绕渗涌水量计算方法
技术领域
本发明涉及悬挂式截水帷幕绕渗涌水量计算的技术领域，特别涉及悬挂式截水帷幕绕渗涌水量计算方法。
背景技术
基坑工程的降水工程设计与施工，一般采用截水帷幕对地下水进行有效控制，防止由于地下水大量渗入基坑造成渗流破坏或坑壁坍塌，为基坑开挖与基础工程施工创造一个良好的作业环境。
当含水层埋藏深、厚度较大时，受施工设备、地层条件以及工程造价等因素的制约，截水帷幕无法完全截断含水层并嵌入到不透水基岩中，截水帷幕底部只能落在含水层内，形成了悬挂式截水帷幕，此时地下水仍可从截水帷幕底部绕渗进入基坑内部。
基坑涌水量是降水工程设计中非常重要的参数，由于没有统一的设计计算方法，一线工程技术人员大都采用大井法理论、群井互阻理论，以及其他经验性公式计算基坑涌水量，导致采用不同方法计算的涌水量与实际涌水量有较大偏差。以大井法理论为例，其计算理论适用于地下水以水平渗流为主的渗流计算，当应用于悬挂式截水帷幕的基坑涌水量计算时，此时地下水以垂直渗流为主，其计算结果往往比实际值偏大几倍，甚至十几倍，使得该涌水量计算指标失去了原本指导基坑降水设计与施工的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供悬挂式截水帷幕绕渗涌水量计算方法，旨在解决现有技术中悬挂式截水帷幕的基坑涌水量计算结果偏差大的问题。
本发明是这样实现的，悬挂式截水帷幕绕渗涌水量计算方法，步骤如下：
1)根据设计图纸，分别确定hw值、hd值以及he值，hw为地下水位线至基坑底的距离，hd为截水帷幕底嵌入基坑底的长度，he为截水帷幕底到基岩顶面的距离；
2)根据地下水位下降的影响半径R以及基坑等效半径ro，结合步骤1)的各项数值，得出最大水力梯度值imax以及最小水力梯度值imin；
3)根据最大水力梯度的权重系数ξ、最小水力梯度相对应的权重系数1-ξ，结合步骤2)的最大水力梯度值imax以及最小水力梯度值imin，得出基坑涌水量计算的平均水力梯度
Figure BDA0001810655370000023
4)根据基坑底渗流面积A以及含水层的等效渗透系数keq，结合步骤3)的基坑涌水量计算的平均水力梯度
Figure BDA0001810655370000021
得出绕截水帷幕底渗入基坑内的涌水量Q。
进一步的，所述涌水量Q的计算公式为
Figure BDA0001810655370000022
进一步的，所述基坑位于含水层中，所述含水层的等效渗透系数的计算公式为
Figure BDA0001810655370000031
将keq值带入所述涌水量Q的计算公式且替换公式中的k值，即
Figure BDA0001810655370000032
进一步的，当具有多层含水层时，等效为单一土层计算keq值。
进一步的，所述平均水力梯度的计算公式为
Figure BDA0001810655370000037
其中0≤ξ≤1。
进一步的，基坑规模越大，ξ取小值，基坑规模越小，ξ取大值。
进一步的，所述最大水力梯度的计算公式为
Figure BDA0001810655370000033
进一步的，所述最小水力梯度的计算公式为
Figure BDA0001810655370000034
与现有技术相比，本发明提供的悬挂式截水帷幕绕渗涌水量计算方法，根据hw值、hd值和he值以及结合地下水位下降的影响半径R以及基坑等效半径ro，计算出最大水力梯度值imax以及最小水力梯度值imin，再根据最大水力梯度的权重系数ξ、最小水力梯度相对应的权重系数1-ζ，结合最大水力梯度值imax以及最小水力梯度值imin，计算出平均水力梯度
Figure BDA0001810655370000035
根据基坑底渗流面积A以及含水层的等效渗透系数keq，得出涌水量Q。采用系数权重ξ修正imax值与imin值，并采用加权平均，得到的平均水力梯度
Figure BDA0001810655370000036
并最终计算得到涌水量Q，这样，涌水量Q的计算原理简单、计算方便，且计算的涌水量Q值的精度高。
附图说明
图1是本发明实施例提供的悬挂式截水帷幕绕渗涌水量计算方法的计算原理示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上″、“下″、“左″、“右″等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细的描述。
参照图1所示，为本发明提供较佳实施例。
本发明提供的悬挂式截水帷幕绕渗涌水量计算方法，解决悬挂式截水帷幕40的基坑涌水量计算结果偏差大的问题。
悬挂式截水帷幕绕渗涌水量计算方法，步骤如下：
1)根据设计图纸，分别确定hw10值、hd20值以及he30值，hw10为地下水位线至基坑底的距离，hd20为截水帷幕40底嵌入基坑底的长度，he30为截水帷幕40底到基岩顶面的距离；
2)根据地下水位下降的影响半径R以及基坑等效半径ro，结合步骤1)的各项数值得出最大水力梯度值imax以及最小水力梯度值imin；
3)根据最大水力梯度的权重系数ζ、最小水力梯度相对应的权重系数1-ζ，结合步骤2)的最大水力梯度值imax以及最小水力梯度值imin，得出基坑涌水量计算的平均水力梯度
Figure BDA0001810655370000051
4)根据基坑底渗流面积A以及含水层的渗透系数keq，结合步骤3)的基坑涌水计算的平均水力梯度
Figure BDA0001810655370000052
得出绕截水帷幕底渗入基坑内的涌水量Q。
上述的悬挂式截水帷幕40绕渗涌水量计算方法，根据hw10值、hd20值和he30值以及结合地下水位下降的影响半径R以及基坑等效半径ro，计算出最大水力梯度值imax以及最小水力梯度值imin，再根据最大水力梯度的权重系数ξ、最小水力梯度相对应的权重系数1-ξ，结合最大水力梯度值imax以及最小水力梯度值imin，计算出平均水力梯度
Figure BDA0001810655370000053
根据基坑底渗流面积A以及含水层的等效渗透系数keq，得出涌水量Q。采用系数ξ修正imax值与imin值，并采用加权平均，得到的平均水力梯度
Figure BDA0001810655370000054
并最终计算得到涌水量Q，这样，涌水量Q的计算原理简单、计算方便，且计算的涌水量Q值的精度高
涌水量Q的计算公式为
Figure BDA0001810655370000055
基于达西稳定渗流理论的基本原理，原理简单易懂，便于对涌水量Q的理解与计算。
达西定律中，通过某一断面的涌水量Q等于流速v与过水断面A的乘积，即Q＝Av，而流速v＝ki，i为水力坡度，k为渗透系数；因此，水力梯度i的计算与修正，极大影响涌水量Q值。
基坑处于含水层中，含水层的渗透系数的计算公式为
Figure BDA0001810655370000061
将keq值带入涌水量Q的计算公式且替换公式中的k值，即
Figure BDA0001810655370000062
实现多层含水层的等效渗透系数的计算。
hi是指分层土层的厚度。
keq值指的是在垂直层理方向的等效渗透系数。
当具有多层含水层时，等效为单一土层计算keq值；便于对keq值的计算。
垂直层理方向的渗透系数具有两个特性，其一，总水头等于各个分水头的损失之和；其二，各层渗流量相等。
平均水力梯度的计算公式为
Figure BDA0001810655370000065
，其中0≤ζ≤1；根据ξ对平均水力梯度进行修正，从而保证涌水量Q值的准确性。
基坑规模越大，ξ取小值，基坑规模越小，ξ取大值；从而保证ξ对平均水力梯度修正的准确性，进而保证涌水量Q的计算准确性。
最大水力梯度的计算公式为
Figure BDA0001810655370000063
实现对最大水力梯度的计算，并且计算原理简单易懂。
最小水力梯度的计算公式为
Figure BDA0001810655370000064
实现对最小水力梯度的计算，并且计算原理简单易懂。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.悬挂式截水帷幕绕渗涌水量计算方法，其特征在于，步骤如下：
1)根据设计图纸，分别确定hw值、hd值以及he值，hw为地下水位线至基坑底的距离，hd为截水帷幕底嵌入基坑底的长度，he为截水帷幕底到基岩顶面的距离；
2)根据地下水位下降的影响半径R以及基坑等效半径ro，结合步骤1)的各项数值，得出最大水力梯度值imax以及最小水力梯度值imin；
3)根据最大水力梯度的权重系数ξ、最小水力梯度相对应的权重系数1-ξ，结合步骤2)的最大水力梯度值imax以及最小水力梯度值imin，得出基坑涌水量计算的平均水力梯度
Figure FDA0004112602700000011
4)根据基坑底渗流面积A以及含水层的等效渗透系数keq，结合步骤3)的基坑涌水量计算的平均水力梯度
Figure FDA0004112602700000012
得出绕截水帷幕底渗入基坑内的涌水量Q；
所述涌水量Q的计算公式为
Figure FDA0004112602700000013
k为渗透系数；
所述平均水力梯度的计算公式为
Figure FDA0004112602700000014
其中0≤ξ≤1；
所述最大水力梯度的计算公式为
Figure FDA0004112602700000015
所述最小水力梯度的计算公式为
Figure FDA0004112602700000016
2.如权利要求1所述的悬挂式截水帷幕绕渗涌水量计算方法，其特征在于，所述基坑位于含水层中，所述含水层的等效渗透系数的计算公式为
Figure FDA0004112602700000021
hi是指分层土层的厚度，将keq值带入所述涌水量Q的计算公式且替换公式中的k值，即
Figure FDA0004112602700000022
3.如权利要求2所述的悬挂式截水帷幕绕渗涌水量计算方法，其特征在于，当具有多层含水层时，等效为单一土层计算keq值。
4.如权利要求1-3任一项所述的悬挂式截水帷幕绕渗涌水量计算方法，其特征在于，基坑规模越大，ξ取小值，基坑规模越小，ξ取大值。
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