巖土工程專題2014-二元地基深基坑滲透變形控制關(guān)鍵技術(shù)研究(張改)-4-15

1、二元地基深基坑二元地基深基坑滲透變形控制關(guān)鍵技術(shù)研究滲透變形控制關(guān)鍵技術(shù)研究王保田王保報(bào)內(nèi)容匯報(bào)內(nèi)容o1. .項(xiàng)目概況項(xiàng)目概況o2. .主要研究內(nèi)容主要研究內(nèi)容o3. .研究問題一：研究問題一：粉細(xì)砂地粉細(xì)砂地基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究o4.4.研究問題二：懸掛式防滲墻用于二元地基滲透變形防治的試驗(yàn)研究研究問題二：懸掛式防滲墻用于二元地基滲透變形防治的試驗(yàn)研究o5.5.研究問題三：二元地基基坑降水期間坑外水位控制和滲透變形控制研究問題三：二元地基基坑降水期間坑外水位控制和滲透變形控制o6.6.研究問題四：靜研究問題四：

2、靜水水河道水中河道水中拋填拋填粘粘土質(zhì)圍堰土質(zhì)圍堰關(guān)鍵技術(shù)研究關(guān)鍵技術(shù)研究o7.7.研究問題五：研究問題五：二元地基基坑邊坡破壞模式及加固研究二元地基基坑邊坡破壞模式及加固研究o8.8.研究結(jié)論研究結(jié)論o9.9.主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)o10.10.專著、論文及專利專著、論文及專利 1. .項(xiàng)目概況項(xiàng)目概況 秦淮河船閘擴(kuò)容改造工程平面示意圖秦淮河船閘擴(kuò)容改造工程平面示意圖1. .項(xiàng)目概況項(xiàng)目概況 船閘基坑開挖剖面圖船閘基坑開挖剖面圖1. .項(xiàng)目概況項(xiàng)目概況船閘基坑開挖船閘基坑開挖照片照片1. .項(xiàng)目概況項(xiàng)目概況 主要工程問題主要工程問題p(1) (1) 基坑滲流與基坑降水問題基坑滲流與基坑降水問題

3、 在管井降水中如何采用科學(xué)合理的降水、排水方案以提供良在管井降水中如何采用科學(xué)合理的降水、排水方案以提供良好工作面是處理好二元地基深基坑工程的一個(gè)關(guān)鍵問題。好工作面是處理好二元地基深基坑工程的一個(gè)關(guān)鍵問題。p(2) (2) 粉細(xì)砂層滲透變形問題粉細(xì)砂層滲透變形問題 粉細(xì)砂層地基在水頭差作用下將發(fā)生滲透。當(dāng)級(jí)配不良或存粉細(xì)砂層地基在水頭差作用下將發(fā)生滲透。當(dāng)級(jí)配不良或存在劣質(zhì)互層時(shí)，粉細(xì)砂層土體極易誘發(fā)管涌、接觸沖刷等滲透破壞；在劣質(zhì)互層時(shí)，粉細(xì)砂層土體極易誘發(fā)管涌、接觸沖刷等滲透破壞；當(dāng)水力梯度較大時(shí)也可形成涌砂、流土等問題。當(dāng)水力梯度較大時(shí)也可形成涌砂、流土等問題。p(3) (3) 靜靜水中

4、拋填粘土質(zhì)圍堰及基坑邊坡整體穩(wěn)定性問題水中拋填粘土質(zhì)圍堰及基坑邊坡整體穩(wěn)定性問題 河道中拋填圍堰及軟基開挖邊坡整體穩(wěn)定問題是工程整體安河道中拋填圍堰及軟基開挖邊坡整體穩(wěn)定問題是工程整體安全控制的關(guān)鍵問題。拋填圍堰在較大的水頭差作用下運(yùn)行，其安全性全控制的關(guān)鍵問題。拋填圍堰在較大的水頭差作用下運(yùn)行，其安全性受到滲流作用的影響；當(dāng)采用防滲帷幕隔水時(shí)，其對(duì)圍堰邊坡整體穩(wěn)受到滲流作用的影響；當(dāng)采用防滲帷幕隔水時(shí)，其對(duì)圍堰邊坡整體穩(wěn)定性的影響值得深入研究。定性的影響值得深入研究。2. .主要研究內(nèi)容主要研究內(nèi)容 基于二元地基水運(yùn)工程深基坑建設(shè)中的主要工程問題，本項(xiàng)目提出基于二元地基水運(yùn)工程深基坑建設(shè)中的

5、主要工程問題，本項(xiàng)目提出圍繞深基坑滲透變形控制關(guān)鍵技術(shù)展開系統(tǒng)性的研究，主要研究內(nèi)容圍繞深基坑滲透變形控制關(guān)鍵技術(shù)展開系統(tǒng)性的研究，主要研究內(nèi)容如下：如下：p（1 1）粉細(xì)砂地基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究）粉細(xì)砂地基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究本項(xiàng)目針對(duì)管井降水濾料優(yōu)化的問題，提出了漸近穩(wěn)定井周濾料優(yōu)本項(xiàng)目針對(duì)管井降水濾料優(yōu)化的問題，提出了漸近穩(wěn)定井周濾料優(yōu)化研究課題。通過優(yōu)化濾料級(jí)配，使得降水過程中地基土顆粒遷移至化研究課題。通過優(yōu)化濾料級(jí)配，使得降水過程中地基土顆粒遷移至濾料中，并漸次形成有效的反濾結(jié)構(gòu)，不會(huì)形成堵井。該反濾結(jié)構(gòu)自濾料中，并漸次形成有效的反濾結(jié)構(gòu)，不會(huì)形成

6、堵井。該反濾結(jié)構(gòu)自身能在較短時(shí)間中得到強(qiáng)化和穩(wěn)定，從而避免大量顆粒流失；同時(shí)因身能在較短時(shí)間中得到強(qiáng)化和穩(wěn)定，從而避免大量顆粒流失；同時(shí)因?yàn)榧?xì)顆粒遷移加密外層濾料，而內(nèi)層濾料滲透性仍然保持良好透水性，為細(xì)顆粒遷移加密外層濾料，而內(nèi)層濾料滲透性仍然保持良好透水性，從而保證不會(huì)顯著降低單井出水量。從而保證不會(huì)顯著降低單井出水量。2. .主要研究內(nèi)容主要研究內(nèi)容 p（2 2）懸掛式防滲墻、回灌及降水一體化技術(shù)研究）懸掛式防滲墻、回灌及降水一體化技術(shù)研究 本項(xiàng)目提出的防滲、回灌和降水一體化措施能夠針對(duì)二元地基本項(xiàng)目提出的防滲、回灌和降水一體化措施能夠針對(duì)二元地基的特點(diǎn)，有效補(bǔ)給砂層頂面使得該低孔壓區(qū)水

7、位抬升，從而控制地面的特點(diǎn)，有效補(bǔ)給砂層頂面使得該低孔壓區(qū)水位抬升，從而控制地面沉降。沉降。p（3 3）靜靜水中拋填水中拋填粘土粘土質(zhì)圍堰穩(wěn)定性研究質(zhì)圍堰穩(wěn)定性研究 本課題針對(duì)擠淤法施工粘土質(zhì)圍堰，考慮水中松填體和河床軟本課題針對(duì)擠淤法施工粘土質(zhì)圍堰，考慮水中松填體和河床軟土固結(jié)過程，開展水中拋填土質(zhì)圍堰穩(wěn)定性研究具有重要的實(shí)踐價(jià)值。土固結(jié)過程，開展水中拋填土質(zhì)圍堰穩(wěn)定性研究具有重要的實(shí)踐價(jià)值。3.3.研究問題一：研究問題一： 粉砂地基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究粉砂地基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究3.1 3.1 研究思路和主要研究內(nèi)容研究思路和主要研究內(nèi)容（1 1）通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)

8、取來的粉砂土樣進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)確定其基本的物理性）通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)取來的粉砂土樣進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)確定其基本的物理性質(zhì)指標(biāo)，為后續(xù)的試驗(yàn)奠定基礎(chǔ)。質(zhì)指標(biāo)，為后續(xù)的試驗(yàn)奠定基礎(chǔ)。（2）用室內(nèi)反濾試驗(yàn)，對(duì)濾網(wǎng)反濾效果進(jìn)行測(cè)試，分析不同孔徑濾）用室內(nèi)反濾試驗(yàn)，對(duì)濾網(wǎng)反濾效果進(jìn)行測(cè)試，分析不同孔徑濾網(wǎng)以及濾網(wǎng)組合對(duì)粉砂反濾效果的影響，并從孔隙的角度解釋濾網(wǎng)網(wǎng)以及濾網(wǎng)組合對(duì)粉砂反濾效果的影響，并從孔隙的角度解釋濾網(wǎng)反濾的原理，優(yōu)化濾網(wǎng)設(shè)計(jì)，保證反濾效果。反濾的原理，優(yōu)化濾網(wǎng)設(shè)計(jì)，保證反濾效果。3.1 3.1 研究思路和主要研究內(nèi)容研究思路和主要研究內(nèi)容（3）提出漸進(jìn)反濾原理，通過得到的各組試驗(yàn)中各個(gè)量（滲透系數(shù)、）提出

9、漸進(jìn)反濾原理，通過得到的各組試驗(yàn)中各個(gè)量（滲透系數(shù)、水頭高度變化、試驗(yàn)前后反濾各部位砂土顆粒組成）變化等來驗(yàn)證反濾水頭高度變化、試驗(yàn)前后反濾各部位砂土顆粒組成）變化等來驗(yàn)證反濾系統(tǒng)漸變穩(wěn)定過程的存在，基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)太沙基濾料準(zhǔn)則從反濾料的系統(tǒng)漸變穩(wěn)定過程的存在，基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)太沙基濾料準(zhǔn)則從反濾料的Dap（孔隙的平均直徑）角度進(jìn)行優(yōu)化和合理拓展。（孔隙的平均直徑）角度進(jìn)行優(yōu)化和合理拓展。 （4）根據(jù)試驗(yàn)前后土的）根據(jù)試驗(yàn)前后土的基本物理指標(biāo)，利用基本物理指標(biāo)，利用PFC2DPFC2D軟件對(duì)反濾料漸進(jìn)穩(wěn)軟件對(duì)反濾料漸進(jìn)穩(wěn)定過程中被保護(hù)土在反濾料中的移動(dòng)進(jìn)行了模擬，證明反濾料在反濾過定過程中被保護(hù)

10、土在反濾料中的移動(dòng)進(jìn)行了模擬，證明反濾料在反濾過程中存在著漸進(jìn)式的穩(wěn)定過程。程中存在著漸進(jìn)式的穩(wěn)定過程。3.3.研究問題一：研究問題一： 粉砂地基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究粉砂地基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究3.2 3.2 秦淮河船閘粉細(xì)砂地基土基本性質(zhì)試驗(yàn)秦淮河船閘粉細(xì)砂地基土基本性質(zhì)試驗(yàn) 3.2.1 3.2.1 室內(nèi)試驗(yàn)室內(nèi)試驗(yàn) 土樣粒徑分布曲線土樣粒徑分布曲線3.3.研究問題一：研究問題一： 粉砂地基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究粉砂地基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究 級(jí)配不良的粉級(jí)配不良的粉砂。易發(fā)生滲透破壞，砂。易發(fā)生滲透破壞，所以工程上應(yīng)引起足所以工程

11、上應(yīng)引起足夠的重視。夠的重視。3.3 3.3 現(xiàn)場(chǎng)抽水試驗(yàn)及數(shù)值模擬現(xiàn)場(chǎng)抽水試驗(yàn)及數(shù)值模擬 地勘階段通過在西南角設(shè)置的抽水井得出試驗(yàn)結(jié)果：粉砂層滲透系地勘階段通過在西南角設(shè)置的抽水井得出試驗(yàn)結(jié)果：粉砂層滲透系數(shù)數(shù)K K8.00m/d8.00m/d（1.01.010 10 -2-2cm/scm/s）基坑涌水量達(dá)）基坑涌水量達(dá)38396m38396m3 3/d /d 。粉砂層的。粉砂層的顆粒分析表明，砂土層滲透系數(shù)沒這么大。顆粒分析表明，砂土層滲透系數(shù)沒這么大。 為此利用降水井，進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)抽水試驗(yàn)，通過對(duì)抽水試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行為此利用降水井，進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)抽水試驗(yàn)，通過對(duì)抽水試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行數(shù)值分析，反算得到現(xiàn)

12、場(chǎng)地基土滲透系數(shù)為：數(shù)值分析，反算得到現(xiàn)場(chǎng)地基土滲透系數(shù)為：k=1.64410-3cm/s。該結(jié)。該結(jié)果比地勘資料抽水試驗(yàn)所得的滲透系數(shù)小一個(gè)數(shù)量級(jí)。果比地勘資料抽水試驗(yàn)所得的滲透系數(shù)小一個(gè)數(shù)量級(jí)。 3.3.研究問題一：研究問題一： 粉砂地基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究粉砂地基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究 由此結(jié)果提出：基坑總涌水量小由此結(jié)果提出：基坑總涌水量小, ,單井出水量少，并且每一個(gè)井單井出水量少，并且每一個(gè)井的控制范圍小，所以應(yīng)對(duì)原設(shè)計(jì)的現(xiàn)場(chǎng)的抽水井進(jìn)行加密，電機(jī)功率的控制范圍小，所以應(yīng)對(duì)原設(shè)計(jì)的現(xiàn)場(chǎng)的抽水井進(jìn)行加密，電機(jī)功率減小。減小。3.3.研究問題一：研究問題一

13、： 粉砂地基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究粉砂地基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究3.4 3.4 濾網(wǎng)反濾效果試驗(yàn)研究濾網(wǎng)反濾效果試驗(yàn)研究基坑管井降水設(shè)計(jì)中，采用無砂混凝土透水管護(hù)壁，外包基坑管井降水設(shè)計(jì)中，采用無砂混凝土透水管護(hù)壁，外包80目濾網(wǎng)反濾，其外采用礫料回填。目濾網(wǎng)反濾，其外采用礫料回填。秦淮河船閘區(qū)的粉砂層，砂土顆粒細(xì)，級(jí)配均勻。為保證秦淮河船閘區(qū)的粉砂層，砂土顆粒細(xì)，級(jí)配均勻。為保證反濾效果，防止砂土顆粒大量排出而造成地基沉降和反濾效果，防止砂土顆粒大量排出而造成地基沉降和穩(wěn)定問題，進(jìn)行了濾網(wǎng)反濾效果的室內(nèi)試驗(yàn)。穩(wěn)定問題，進(jìn)行了濾網(wǎng)反濾效果的室內(nèi)試驗(yàn)。3.3.研究問題

14、一：研究問題一： 粉砂地基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究粉砂地基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究3.4 3.4 濾網(wǎng)反濾效果試驗(yàn)研究濾網(wǎng)反濾效果試驗(yàn)研究室內(nèi)濾網(wǎng)反濾試驗(yàn)裝置示意圖室內(nèi)濾網(wǎng)反濾試驗(yàn)裝置示意圖3.3.研究問題一：研究問題一： 粉砂地基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究粉砂地基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究3.4 3.4 濾網(wǎng)反濾效果試驗(yàn)研究濾網(wǎng)反濾效果試驗(yàn)研究通過室內(nèi)濾網(wǎng)反濾試驗(yàn)提出：通過室內(nèi)濾網(wǎng)反濾試驗(yàn)提出：（1）僅靠濾網(wǎng)不能達(dá)到反濾效果，因此要加強(qiáng)井管與抽水井）僅靠濾網(wǎng)不能達(dá)到反濾效果，因此要加強(qiáng)井管與抽水井井壁建的反濾層控制；井壁建的反濾層控制；（2）采用）

15、采用80目目+120目的濾網(wǎng)，外層采用中砂反濾，比單層目的濾網(wǎng)，外層采用中砂反濾，比單層80目和目和120目的濾網(wǎng)反濾效果好，細(xì)砂排出量都低于目的濾網(wǎng)反濾效果好，細(xì)砂排出量都低于0.2%。為此建議：降水井需要采用為此建議：降水井需要采用80目目+120目的濾網(wǎng)反濾，同時(shí)將礫料目的濾網(wǎng)反濾，同時(shí)將礫料（瓜子片）改為中砂，以防止粉砂層中細(xì)粒料過多排出。（瓜子片）改為中砂，以防止粉砂層中細(xì)粒料過多排出。3.5 3.5 管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)提出管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)提出o背景：針對(duì)粉砂層，濾網(wǎng)不能取得很好的反濾效果，而直接采用太背景：針對(duì)粉砂層，濾網(wǎng)不能取得很好的反濾效果，而直接采用太沙

16、基反濾準(zhǔn)則，反濾層粒徑需要很細(xì)，導(dǎo)致反濾層滲透系數(shù)較低，影沙基反濾準(zhǔn)則，反濾層粒徑需要很細(xì)，導(dǎo)致反濾層滲透系數(shù)較低，影響抽水效果。響抽水效果。o機(jī)制分析：當(dāng)被保護(hù)土進(jìn)入反濾料之后，一部分較細(xì)的顆粒通過反機(jī)制分析：當(dāng)被保護(hù)土進(jìn)入反濾料之后，一部分較細(xì)的顆粒通過反濾料的孔隙被水流帶走，但是隨著細(xì)顆粒的進(jìn)入，反濾料由于細(xì)顆粒濾料的孔隙被水流帶走，但是隨著細(xì)顆粒的進(jìn)入，反濾料由于細(xì)顆粒含量的增大，以及反濾料中的孔隙被細(xì)顆粒所填充，使得反濾料臨界含量的增大，以及反濾料中的孔隙被細(xì)顆粒所填充，使得反濾料臨界水力梯度增大，最后粗細(xì)料組成一個(gè)整體共同抵抗?jié)B透變形。水力梯度增大，最后粗細(xì)料組成一個(gè)整體共同抵抗?jié)B

17、透變形。3.3.研究問題一：研究問題一： 粉砂地基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究粉砂地基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究 右圖為滲透穩(wěn)定之后右圖為滲透穩(wěn)定之后，漸進(jìn)式滲透穩(wěn)定構(gòu)造示，漸進(jìn)式滲透穩(wěn)定構(gòu)造示意圖：穩(wěn)定后的反濾系統(tǒng)意圖：穩(wěn)定后的反濾系統(tǒng)可定義為可定義為區(qū)粉砂土分選區(qū)粉砂土分選后骨架，后骨架，區(qū)為被保護(hù)土區(qū)為被保護(hù)土進(jìn)入反濾料形成的細(xì)顆粒進(jìn)入反濾料形成的細(xì)顆粒含量漸變區(qū)，含量漸變區(qū)，區(qū)濾料穩(wěn)區(qū)濾料穩(wěn)定透水區(qū)。定透水區(qū)。 漸進(jìn)式滲透穩(wěn)定構(gòu)造示意圖漸進(jìn)式滲透穩(wěn)定構(gòu)造示意圖3.3.研究問題一：研究問題一： 粉砂地基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究粉砂地基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾

18、系統(tǒng)機(jī)制研究3.5 3.5 管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)提出管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)提出 理論依據(jù)：如右圖所示為細(xì)粒理論依據(jù)：如右圖所示為細(xì)粒料含量與臨界水力梯度的關(guān)系。當(dāng)料含量與臨界水力梯度的關(guān)系。當(dāng)被保護(hù)土進(jìn)入反濾料之后，可能形被保護(hù)土進(jìn)入反濾料之后，可能形成級(jí)配不連續(xù)的土，當(dāng)細(xì)顆粒的含成級(jí)配不連續(xù)的土，當(dāng)細(xì)顆粒的含量變多并且足以填滿粗顆粒所形成量變多并且足以填滿粗顆粒所形成的的孔隙時(shí)，粗顆粒土和細(xì)顆粒土的的孔隙時(shí)，粗顆粒土和細(xì)顆粒土就形成了一個(gè)整體，從而共同抵抗就形成了一個(gè)整體，從而共同抵抗?jié)B透破壞。滲透破壞。無粘性土細(xì)粒料含量與臨界水力梯度的關(guān)系無粘性土細(xì)粒料含量與臨界水力梯度的關(guān)

19、系3.3.研究問題一：研究問題一： 粉砂地基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究粉砂地基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究3.5 3.5 管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)提出管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)提出3.6 3.6 管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)試驗(yàn)研究管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)試驗(yàn)研究 試驗(yàn)裝置試驗(yàn)裝置示意示意圖圖3.3.研究問題一：研究問題一： 粉砂地基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究粉砂地基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究不同粒徑濾料平均滲透系數(shù)隨時(shí)間的變化不同粒徑濾料平均滲透系數(shù)隨時(shí)間的變化關(guān)系關(guān)系o試驗(yàn)結(jié)果。滲透系數(shù)：試驗(yàn)結(jié)果。滲透系數(shù)：3.6 3.6 管井降水井周漸近穩(wěn)

20、定反濾系統(tǒng)試驗(yàn)研究管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)試驗(yàn)研究3.3.研究問題一：研究問題一： 粉砂地基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究粉砂地基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究表表3.5 3.5 各個(gè)濾料粒徑各個(gè)濾料粒徑4 4、5 5號(hào)（見圖號(hào)（見圖3.23.2）水頭差前后差值）水頭差前后差值o水頭變化：水頭變化：濾料粒濾料粒徑徑/mm0.5-11-32-42-62-4+2-64-674、5號(hào)號(hào)測(cè)壓管測(cè)壓管水頭差水頭差變化值變化值/mm0.50.81.31.22.42.83.43.6 3.6 管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)試驗(yàn)研究管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)試驗(yàn)研究3.3.研究問題一：研究問題一

21、： 粉砂地基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究粉砂地基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究圖圖3.3 43.3 4、5 5號(hào)測(cè)壓孔水頭差前后差值號(hào)測(cè)壓孔水頭差前后差值o顆粒粒徑變化：顆粒粒徑變化：3.6 3.6 管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)試驗(yàn)研究管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)試驗(yàn)研究3.3.研究問題一：研究問題一： 粉砂地基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究粉砂地基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究 0 020204040606080801001000.010.010.10.11 11010土粒粒徑（mm）土粒粒徑（mm）小于某粒徑的土粒含量（%）小于某粒徑的土粒含量（%）距離分界線0-

22、2cm濾料距離分界線2-4cm濾料原濾料試驗(yàn)后不同位置處濾料的顆粒組成試驗(yàn)后不同位置處濾料的顆粒組成 o顆粒粒徑變化：顆粒粒徑變化：o（1 1）被保護(hù)土：通過對(duì)試驗(yàn)后不同部位的試樣進(jìn)行顆粒分析，可以看出）被保護(hù)土：通過對(duì)試驗(yàn)后不同部位的試樣進(jìn)行顆粒分析，可以看出在滲透力作用下，試樣內(nèi)的土顆粒存在著移動(dòng)，其中在反濾料和被保護(hù)土在滲透力作用下，試樣內(nèi)的土顆粒存在著移動(dòng)，其中在反濾料和被保護(hù)土界面附近較為活躍，表現(xiàn)為距離兩者分界線越近的被保護(hù)土細(xì)顆粒（界面附近較為活躍，表現(xiàn)為距離兩者分界線越近的被保護(hù)土細(xì)顆粒（0.075mm0.075mm）逐漸減少，最大減少量約）逐漸減少，最大減少量約3%3%。o（

23、2 2）反濾料：反濾料內(nèi)部的顆粒發(fā)生顯著地變化，形成新級(jí)配的反濾料）反濾料：反濾料內(nèi)部的顆粒發(fā)生顯著地變化，形成新級(jí)配的反濾料距離越遠(yuǎn)細(xì)顆粒的含量就越少，從內(nèi)到外形成細(xì)顆粒逐漸減少的漸次反濾距離越遠(yuǎn)細(xì)顆粒的含量就越少，從內(nèi)到外形成細(xì)顆粒逐漸減少的漸次反濾結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。3.6 3.6 管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)試驗(yàn)研究管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)試驗(yàn)研究3.3.研究問題一：研究問題一： 粉砂地基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究粉砂地基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究濾料粒濾料粒徑徑/mm/mm0.5-10.5-11-31-32-42-42-62-62-42-4+ +4-64-64-64-

24、67 7砂土流砂土流出量出量/g/g0.420.421.231.231.41.44.524.524.314.314.334.335.895.89各粒徑反濾料出砂量各粒徑反濾料出砂量o出砂量：出砂量：3.6 3.6 管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)試驗(yàn)研究管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)試驗(yàn)研究3.3.研究問題一：研究問題一： 粉砂地基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究粉砂地基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究 隨著反濾料粒徑的增大反濾料的控砂效果逐漸降低，當(dāng)濾料粒隨著反濾料粒徑的增大反濾料的控砂效果逐漸降低，當(dāng)濾料粒徑在徑在4mm4mm以下時(shí)出砂量變化不大，但是當(dāng)粒徑大于以下時(shí)出砂量變化不大，但是

25、當(dāng)粒徑大于4mm4mm以后出砂量突以后出砂量突然增大，說明然增大，說明4mm4mm以上的級(jí)配濾料控砂效果大大降低。以上的級(jí)配濾料控砂效果大大降低。 太沙基反濾準(zhǔn)則利用粒子堆積試驗(yàn)得來，只是對(duì)反濾料中的太沙基反濾準(zhǔn)則利用粒子堆積試驗(yàn)得來，只是對(duì)反濾料中的D D1515、d d8585（D D1515、d d8585分別代表反濾料、被保護(hù)土的粒徑，下標(biāo)數(shù)表示小于該粒徑的分別代表反濾料、被保護(hù)土的粒徑，下標(biāo)數(shù)表示小于該粒徑的土顆粒占全部干土的重量百分?jǐn)?shù)）。為了有更加統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，本研究用土土顆粒占全部干土的重量百分?jǐn)?shù)）。為了有更加統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，本研究用土孔隙的平均直徑對(duì)反濾料合理與否進(jìn)行判斷，從而提高濾

26、料判斷的精度?？紫兜钠骄睆綄?duì)反濾料合理與否進(jìn)行判斷，從而提高濾料判斷的精度。 Dap=0.63nd Dap=0.63nd2020 式中：式中： DapDap反濾料孔隙的平均直徑；反濾料孔隙的平均直徑； n n 反濾料的孔隙率；反濾料的孔隙率； d d2020 反濾料的等效粒徑。反濾料的等效粒徑。3.7 3.7 反濾指標(biāo)的提出反濾指標(biāo)的提出3.3.研究問題一：研究問題一： 粉砂地基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究粉砂地基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究 試驗(yàn)后各級(jí)配反濾料試驗(yàn)后各級(jí)配反濾料DapDap（孔隙平均直徑）（孔隙平均直徑）濾料濾料位置位置0.5-1mm1-3mm2-6mmD2

27、0mmdg/cm3DapmmD20mmdg/cm3DapmmD20/mmdg/cm3Dapmm0-2cm0.551.690.161.61.810.382.01.790.472-4cm0.581.510.191.71.630.442.01.610.674cm0.601.470.562.01.540.613.51.481.103.7 3.7 反濾指標(biāo)的提出反濾指標(biāo)的提出3.3.研究問題一：研究問題一： 粉砂地基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究粉砂地基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究濾料濾料位置位置2-4mm4-6mm2-4mm+4-6mmD20mmdg/cm3DapmmD20mmdg/cm

28、3DapmmD20/mmdg/cm3Dapmm0-2cm2.11.780.454.21.651.122.11.710.472-4cm2.31.580.554.11.531.262.21.540.624cm2.51.440.704.11.51.402.51.510.90試驗(yàn)后各級(jí)配反濾料試驗(yàn)后各級(jí)配反濾料DapDap3.7 3.7 反濾指標(biāo)的提出反濾指標(biāo)的提出3.3.研究問題一：研究問題一： 粉砂地基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究粉砂地基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究當(dāng)當(dāng)Dap/dDap/d5050=6=6時(shí)出砂量有時(shí)出砂量有明顯的增多。明顯的增多。根據(jù)太沙基濾料準(zhǔn)則此根據(jù)太沙基濾料

29、準(zhǔn)則此時(shí)：時(shí)：D D1515/d/d8585=2.1/0.35=65,=2.1/0.35=65,雖不滿足太沙基濾料準(zhǔn)則但雖不滿足太沙基濾料準(zhǔn)則但最終出砂量基本為零，能滿最終出砂量基本為零，能滿足保土要求。足保土要求。出砂出砂量與量與Dap/dDap/d5050關(guān)系圖關(guān)系圖3.7 3.7 反濾指標(biāo)的提出反濾指標(biāo)的提出3.3.研究問題一：研究問題一： 粉砂地基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究粉砂地基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究 出砂量隨著時(shí)間不再變化，出砂量隨著時(shí)間不再變化，說明反濾趨于穩(wěn)定，當(dāng)說明反濾趨于穩(wěn)定，當(dāng)Dap/dDap/d505066時(shí)雖然出砂量隨著時(shí)時(shí)雖然出砂量隨著時(shí)間而

30、逐漸變少，但是始終有細(xì)間而逐漸變少，但是始終有細(xì)顆粒流出，不能達(dá)到穩(wěn)定。所顆粒流出，不能達(dá)到穩(wěn)定。所以定義：以定義：D D1515/d/d15154-5 4-5 過水要過水要求；求；Dap/dDap/d505066保土要求，為保土要求，為反濾指標(biāo)。反濾指標(biāo)。2-4mm2-4mm粒徑濾料粒徑濾料出砂出砂量隨時(shí)間的變化圖量隨時(shí)間的變化圖3.7 3.7 反濾指標(biāo)的提出反濾指標(biāo)的提出3.3.研究問題一：研究問題一： 粉砂地基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究粉砂地基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究3 3號(hào)號(hào)4 4號(hào)測(cè)壓孔水位水頭差與水力梯度的關(guān)系號(hào)測(cè)壓孔水位水頭差與水力梯度的關(guān)系3.8 3.8

31、水力梯度因素影響試驗(yàn)水力梯度因素影響試驗(yàn)試驗(yàn)?zāi)康模好鞔_水力梯度對(duì)反濾效果的影響或者影響程度。試驗(yàn)?zāi)康模好鞔_水力梯度對(duì)反濾效果的影響或者影響程度。3.3.研究問題一：研究問題一： 粉砂地基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究粉砂地基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究出砂量與水力梯度關(guān)系出砂量與水力梯度關(guān)系3.8 3.8 水力梯度因素影響試驗(yàn)水力梯度因素影響試驗(yàn)3.3.研究問題一：研究問題一： 粉砂地基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究粉砂地基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究3.8 3.8 水力梯度因素影響試驗(yàn)水力梯度因素影響試驗(yàn) 通過試驗(yàn)中各個(gè)量的變化可知：水力梯度對(duì)反濾效果有一定的影通

32、過試驗(yàn)中各個(gè)量的變化可知：水力梯度對(duì)反濾效果有一定的影響，在較小的水力梯度下，反濾層越容易達(dá)到滲透穩(wěn)定，由于新的反響，在較小的水力梯度下，反濾層越容易達(dá)到滲透穩(wěn)定，由于新的反濾結(jié)構(gòu)承擔(dān)的水力梯度較小，被保護(hù)土中顆粒和反濾料組成的新的反濾結(jié)構(gòu)承擔(dān)的水力梯度較小，被保護(hù)土中顆粒和反濾料組成的新的反濾系統(tǒng)形成的速度也越快，出砂量也小，隨著水力梯度的不斷增大，濾系統(tǒng)形成的速度也越快，出砂量也小，隨著水力梯度的不斷增大，會(huì)有較多的細(xì)顆粒流出發(fā)生滲透破壞。試驗(yàn)結(jié)果表明：水力梯度不超會(huì)有較多的細(xì)顆粒流出發(fā)生滲透破壞。試驗(yàn)結(jié)果表明：水力梯度不超過過1.21.2時(shí)，出砂量小。時(shí)，出砂量小。3.3.研究問題一：研

33、究問題一： 粉砂地基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究粉砂地基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究3.9 PFC 2D3.9 PFC 2D反濾過程細(xì)觀機(jī)理的數(shù)值模擬反濾過程細(xì)觀機(jī)理的數(shù)值模擬試驗(yàn)的模擬大致分成三個(gè)步驟：生成試樣、固結(jié)和加載。首先指定試驗(yàn)的模擬大致分成三個(gè)步驟：生成試樣、固結(jié)和加載。首先指定顆粒的最大最小半徑及孔隙率，然后根據(jù)試樣面積算出應(yīng)生成的顆粒數(shù)顆粒的最大最小半徑及孔隙率，然后根據(jù)試樣面積算出應(yīng)生成的顆粒數(shù)量，在指定邊界內(nèi)隨機(jī)生成顆粒，并賦予顆粒的細(xì)觀參數(shù)。然后對(duì)試樣量，在指定邊界內(nèi)隨機(jī)生成顆粒，并賦予顆粒的細(xì)觀參數(shù)。然后對(duì)試樣進(jìn)行固結(jié)進(jìn)行固結(jié)，最后賦予軸向墻體一個(gè)初始速

34、度，對(duì)試樣進(jìn)行加載。最后賦予軸向墻體一個(gè)初始速度，對(duì)試樣進(jìn)行加載。 反濾試驗(yàn)反濾試驗(yàn)數(shù)值數(shù)值模型模型3.3.研究問題一：研究問題一： 粉砂地基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究粉砂地基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究3.9 PFC 2D3.9 PFC 2D反濾過程細(xì)觀機(jī)理的數(shù)值模擬反濾過程細(xì)觀機(jī)理的數(shù)值模擬表表3.8 3.8 顆粒流軟件模擬參數(shù)一覽顆粒流軟件模擬參數(shù)一覽表表3.9 3.9 不同粒徑濾料平均孔隙填充率不同粒徑濾料平均孔隙填充率3.3.研究問題一：研究問題一： 粉砂地基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究粉砂地基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究3.9 PFC 2D3.9

35、PFC 2D反濾過程細(xì)觀機(jī)理的數(shù)值模擬反濾過程細(xì)觀機(jī)理的數(shù)值模擬 濾料粒徑濾料粒徑2-6mm2-6mm水力梯度水力梯度i=1i=1時(shí)，不同時(shí)步下反濾進(jìn)程時(shí)，不同時(shí)步下反濾進(jìn)程 a. a.循環(huán)循環(huán)1000010000次次 b.b.循環(huán)循環(huán)5000050000次次 c.c.循環(huán)循環(huán)100000100000次次3.3.研究問題一：研究問題一： 粉砂地基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究粉砂地基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究3.9 PFC 2D3.9 PFC 2D反濾過程細(xì)觀機(jī)理的數(shù)值模擬反濾過程細(xì)觀機(jī)理的數(shù)值模擬不同時(shí)步下在相同粒徑和水力梯度下，對(duì)反濾進(jìn)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)，不同時(shí)步下在相同粒徑和水力

36、梯度下，對(duì)反濾進(jìn)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過通過循環(huán)循環(huán)不同時(shí)步不同時(shí)步結(jié)果結(jié)果對(duì)比對(duì)比，可以，可以得到得到：循環(huán)循環(huán)5000050000時(shí)步前，隨時(shí)步前，隨循環(huán)的進(jìn)行細(xì)顆粒進(jìn)入濾料的數(shù)量逐漸增加，循環(huán)的進(jìn)行細(xì)顆粒進(jìn)入濾料的數(shù)量逐漸增加，循環(huán)循環(huán)5000050000次次后后，循環(huán)次數(shù)的循環(huán)次數(shù)的繼續(xù)繼續(xù)增加，增加，只會(huì)使得只會(huì)使得細(xì)顆粒在濾料界面處堆積，而在細(xì)顆粒在濾料界面處堆積，而在滲流力作用下進(jìn)入反濾料的滲流力作用下進(jìn)入反濾料的細(xì)細(xì)顆粒顆粒不再不再增加，說明循環(huán)至增加，說明循環(huán)至5000050000次即對(duì)應(yīng)試驗(yàn)時(shí)間次即對(duì)應(yīng)試驗(yàn)時(shí)間4848小時(shí)，反濾已經(jīng)基本穩(wěn)定，新的級(jí)配的反濾小時(shí)，反濾已經(jīng)基本穩(wěn)定，新

37、的級(jí)配的反濾系統(tǒng)基本形成。系統(tǒng)基本形成。3.3.研究問題一：研究問題一： 粉砂地基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究粉砂地基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究3.9 PFC 2D3.9 PFC 2D反濾過程細(xì)觀機(jī)理的數(shù)值模擬反濾過程細(xì)觀機(jī)理的數(shù)值模擬濾料粒徑濾料粒徑2-6mm2-6mm，不同水力梯度相同時(shí)步下反濾進(jìn)程，不同水力梯度相同時(shí)步下反濾進(jìn)程 循環(huán)循環(huán)100000100000次次 i=1 i=13.3.研究問題一：研究問題一： 粉砂地基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究粉砂地基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究 循環(huán)循環(huán)100000100000次次 i=2 i=23.9 PFC

38、2D3.9 PFC 2D反濾過程細(xì)觀機(jī)理的數(shù)值模擬反濾過程細(xì)觀機(jī)理的數(shù)值模擬在孔隙填充率相同的情況下，水力梯度越大，細(xì)顆粒料的流在孔隙填充率相同的情況下，水力梯度越大，細(xì)顆粒料的流失量越大，隨著循環(huán)次數(shù)的逐漸增加，由于細(xì)顆粒料流出而形成失量越大，隨著循環(huán)次數(shù)的逐漸增加，由于細(xì)顆粒料流出而形成的孔隙越大。同時(shí)，孔隙填充率越低，水力梯度的提高對(duì)細(xì)顆粒的孔隙越大。同時(shí)，孔隙填充率越低，水力梯度的提高對(duì)細(xì)顆粒料的流出影響越大。對(duì)比相同粒徑的反濾系統(tǒng)，在料的流出影響越大。對(duì)比相同粒徑的反濾系統(tǒng)，在i=1i=1和和i=2i=2時(shí)，時(shí)，相同循環(huán)次數(shù)下，相同循環(huán)次數(shù)下，i=2i=2的細(xì)顆粒流出量較大，形成的孔

39、隙通道越的細(xì)顆粒流出量較大，形成的孔隙通道越明顯。明顯。3.3.研究問題一：研究問題一： 粉砂地基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究粉砂地基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究3.9 PFC 2D3.9 PFC 2D反濾過程細(xì)觀機(jī)理的數(shù)值模擬反濾過程細(xì)觀機(jī)理的數(shù)值模擬濾料粒徑濾料粒徑2-6mm2-6mm，水力梯度，水力梯度i=2i=2，濾料振動(dòng)密實(shí)后不同時(shí)步下的反濾進(jìn)程，濾料振動(dòng)密實(shí)后不同時(shí)步下的反濾進(jìn)程圖圖3.15 3.15 濾料未經(jīng)振動(dòng)，濾料未經(jīng)振動(dòng)，自然狀態(tài)下的裝樣效果圖自然狀態(tài)下的裝樣效果圖圖圖3.16 3.16 濾料振動(dòng)密實(shí)后裝樣效果圖濾料振動(dòng)密實(shí)后裝樣效果圖3.3.研究問題一：研

40、究問題一： 粉砂地基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究粉砂地基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究3.9 PFC 2D3.9 PFC 2D反濾過程細(xì)觀機(jī)理的數(shù)值模擬反濾過程細(xì)觀機(jī)理的數(shù)值模擬未經(jīng)振動(dòng)密實(shí)時(shí)不同未經(jīng)振動(dòng)密實(shí)時(shí)不同時(shí)步下的反濾進(jìn)程時(shí)步下的反濾進(jìn)程a.a.循環(huán)循環(huán)1000010000次次 b.b.循環(huán)循環(huán)5000050000次次 c.c.循環(huán)循環(huán)100000100000次次經(jīng)振動(dòng)密實(shí)時(shí)不同時(shí)經(jīng)振動(dòng)密實(shí)時(shí)不同時(shí)步下的反濾進(jìn)程步下的反濾進(jìn)程3.3.研究問題一：研究問題一： 粉砂地基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究粉砂地基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究3.9 PFC 2D3.9

41、 PFC 2D反濾過程細(xì)觀機(jī)理的數(shù)值模擬反濾過程細(xì)觀機(jī)理的數(shù)值模擬相同粒徑濾料在同樣水力梯度下，相同粒徑濾料在同樣水力梯度下，經(jīng)過經(jīng)過振動(dòng)密實(shí)的反濾振動(dòng)密實(shí)的反濾系統(tǒng)系統(tǒng)可以促進(jìn)可以促進(jìn)反濾反濾的穩(wěn)定，進(jìn)入粗顆粒的穩(wěn)定，進(jìn)入粗顆粒中的中的細(xì)顆粒很快被穩(wěn)定下來，細(xì)顆粒很快被穩(wěn)定下來，與粗顆?；旌铣尚碌募?jí)配濾料發(fā)揮作用而非繼續(xù)在孔隙通道中發(fā)與粗顆?；旌铣尚碌募?jí)配濾料發(fā)揮作用而非繼續(xù)在孔隙通道中發(fā)展流失，然而未經(jīng)振動(dòng)的濾料發(fā)展形成漸進(jìn)穩(wěn)定反濾系統(tǒng)的時(shí)間展流失，然而未經(jīng)振動(dòng)的濾料發(fā)展形成漸進(jìn)穩(wěn)定反濾系統(tǒng)的時(shí)間相對(duì)要有所延長，且進(jìn)入粗顆粒中的部分細(xì)顆粒將發(fā)生持續(xù)發(fā)展相對(duì)要有所延長，且進(jìn)入粗顆粒中的部分細(xì)

42、顆粒將發(fā)生持續(xù)發(fā)展和流失。和流失。3.3.研究問題一：研究問題一： 粉砂地基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究粉砂地基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究3.10 3.10 工程現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及效果工程現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及效果 秦淮河船閘擴(kuò)容改造工程初期降水井反濾料采用了粒徑范圍為秦淮河船閘擴(kuò)容改造工程初期降水井反濾料采用了粒徑范圍為3-3-10mm10mm的綠豆砂（的綠豆砂（粗礫粗礫）作為降水管井的反濾料，其顆粒級(jí)配曲線（初期）作為降水管井的反濾料，其顆粒級(jí)配曲線（初期使用的反濾料）如下圖所示，抽水后產(chǎn)生堵井。使用的反濾料）如下圖所示，抽水后產(chǎn)生堵井。 通過本項(xiàng)目研究，提出采用通過本項(xiàng)目研究，提出采用2-

43、4mm2-4mm的粒徑的粗砂（的粒徑的粗砂（細(xì)礫細(xì)礫）作為反濾）作為反濾料，顆粒級(jí)配曲線（建議的反濾料）如下圖所示，現(xiàn)場(chǎng)采用料，顆粒級(jí)配曲線（建議的反濾料）如下圖所示，現(xiàn)場(chǎng)采用2-4mm2-4mm的反的反濾料之后對(duì)抽水穩(wěn)定的降水井進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測(cè)，測(cè)試結(jié)果為井水穩(wěn)定期井濾料之后對(duì)抽水穩(wěn)定的降水井進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測(cè)，測(cè)試結(jié)果為井水穩(wěn)定期井水含砂量基本為零并且沒有出現(xiàn)井堵現(xiàn)象，管井涌水量良好。水含砂量基本為零并且沒有出現(xiàn)井堵現(xiàn)象，管井涌水量良好。3.3.研究問題一：研究問題一： 粉砂地基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究粉砂地基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究 反濾料的顆粒分析曲線反濾料的顆粒分析曲線

44、3.10 3.10 工程現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及效果工程現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及效果3.3.研究問題一：研究問題一： 粉砂地基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究粉砂地基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究3.10 3.10 工程現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及效果工程現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及效果 初期使用的反濾料中初期使用的反濾料中D D2 02 0=3.2mm=3.2mm，孔隙率，孔隙率n=0.498n=0.498，所以，所以Dap=0.63nDDap=0.63nD2020=1mm=1mm，Dap/dDap/d5050=8.33=8.33，不滿足本項(xiàng)目提出的反濾準(zhǔn)則，而，不滿足本項(xiàng)目提出的反濾準(zhǔn)則，而D D1515/d/d8585=8.07=8.07也

45、不滿足滿足太沙基反濾準(zhǔn)則的判別指標(biāo)。由于較多細(xì)顆也不滿足滿足太沙基反濾準(zhǔn)則的判別指標(biāo)。由于較多細(xì)顆粒流失進(jìn)入無砂管管壁產(chǎn)生淤堵，導(dǎo)致廢井。下表為初次使用的反濾料粒流失進(jìn)入無砂管管壁產(chǎn)生淤堵，導(dǎo)致廢井。下表為初次使用的反濾料粒徑指標(biāo)和滿足現(xiàn)行的反濾指標(biāo)情況。粒徑指標(biāo)和滿足現(xiàn)行的反濾指標(biāo)情況。3.3.研究問題一：研究問題一： 粉砂地基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究粉砂地基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究3.10 3.10 工程現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及效果工程現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及效果反濾準(zhǔn)則反濾準(zhǔn)則粒徑指標(biāo)粒徑指標(biāo)反濾準(zhǔn)則要求反濾準(zhǔn)則要求是否滿足是否滿足太沙基反濾準(zhǔn)則太沙基反濾準(zhǔn)則D15=3.2mm，D15/d8

46、5=10.6D15/d154-5D15/d854-5否否美國水土保持局美國水土保持局D15=3.2mm，D15/d85=10.6D15/d85 54否否威特反濾準(zhǔn)則威特反濾準(zhǔn)則D30-=3.5mm，D30/d95=10.6D30/d952.52.5否否中國水利水電科學(xué)研究院中國水利水電科學(xué)研究院D20-=3.3mm，D20/d70= =16D20/d204D20/d707否否碾壓式土石壩反濾準(zhǔn)則碾壓式土石壩反濾準(zhǔn)則D15=3.2mm，D15/d85=8.07D15/d154-5D15/d854-5否否本文提出的反濾準(zhǔn)則本文提出的反濾準(zhǔn)則Dap=1mm, Dap/d50=8.33Dap/d506

47、否否表表3.10 3.10 初期使用反濾料參數(shù)及滿足現(xiàn)行規(guī)范情況表初期使用反濾料參數(shù)及滿足現(xiàn)行規(guī)范情況表3.3.研究問題一：研究問題一： 粉砂地基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究粉砂地基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究3.10 3.10 工程現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及效果工程現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及效果 建議使用的反濾料中建議使用的反濾料中D D2020=2.2mm=2.2mm，孔隙率，孔隙率n=0.443n=0.443，所以，所以Dap=0.63nDDap=0.63nD2020=0.7mm=0.7mm，Dap/dDap/d5050=5.8=5.8，滿足本項(xiàng)目提出的反濾準(zhǔn)，滿足本項(xiàng)目提出的反濾準(zhǔn)則則Dap/dDap

48、/d505066，而，而D D1515/d/d8585=7.3=7.3不滿足滿足太沙基反濾準(zhǔn)則的判不滿足滿足太沙基反濾準(zhǔn)則的判別指標(biāo)。下表為建議使用的反濾料粒徑指標(biāo)和滿足現(xiàn)行的反濾別指標(biāo)。下表為建議使用的反濾料粒徑指標(biāo)和滿足現(xiàn)行的反濾指標(biāo)情況。指標(biāo)情況。3.3.研究問題一：研究問題一： 粉砂地基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究粉砂地基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究3.10 3.10 工程現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及效果工程現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及效果反濾準(zhǔn)則反濾準(zhǔn)則粒徑指標(biāo)粒徑指標(biāo)反濾準(zhǔn)則要求反濾準(zhǔn)則要求是否滿足是否滿足太沙基反濾準(zhǔn)則太沙基反濾準(zhǔn)則D15=2.2mm，D15/d85=7.3D15/d154-5D15

49、/d854-5否否美國水土保持局美國水土保持局D15=2.2mm，D15/d85=7.3D15/d85 54否否威特反濾準(zhǔn)則威特反濾準(zhǔn)則D30-=2.5mm，D30/d95=7.6D30/d952.52.5否否中國水利水電科學(xué)研究院中國水利水電科學(xué)研究院D20-=2.3mm，D20/d70= =11.5D20/d204D20/d707否否碾壓式土石壩反濾準(zhǔn)則碾壓式土石壩反濾準(zhǔn)則D15=2.2mm，D15/d85=7.3D15/d154-5D15/d854-5否否本文提出的反濾準(zhǔn)則本文提出的反濾準(zhǔn)則Dap=0.7mm, Dap/d50=5.8Dap/d506是是表表3.11 3.11 建議使用反

50、濾料參數(shù)及滿足現(xiàn)行規(guī)范情況表建議使用反濾料參數(shù)及滿足現(xiàn)行規(guī)范情況表3.3.研究問題一：研究問題一： 粉砂地基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究粉砂地基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究3.10 3.10 工程現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及效果工程現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及效果 不管是從室內(nèi)試驗(yàn)驗(yàn)證和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果都可以證明本章提出的反濾不管是從室內(nèi)試驗(yàn)驗(yàn)證和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果都可以證明本章提出的反濾指標(biāo)指標(biāo)Dap/dDap/d505066，該指標(biāo)不僅對(duì)反濾料的，該指標(biāo)不僅對(duì)反濾料的D D2020做了范圍的限定，而且考做了范圍的限定，而且考慮了反濾料的孔隙率，淘汰了一些粒徑滿足要求但是孔隙率過大的反慮了反濾料的孔隙率，淘汰了一些粒徑滿

51、足要求但是孔隙率過大的反濾料，判別指標(biāo)更為合理可靠綜上通過室內(nèi)試驗(yàn)驗(yàn)證和理論分析以及濾料，判別指標(biāo)更為合理可靠綜上通過室內(nèi)試驗(yàn)驗(yàn)證和理論分析以及實(shí)踐的驗(yàn)證本文提出的針對(duì)粉細(xì)砂地基土的反濾準(zhǔn)則合理可靠，值得實(shí)踐的驗(yàn)證本文提出的針對(duì)粉細(xì)砂地基土的反濾準(zhǔn)則合理可靠，值得在類似的工程中應(yīng)用和推廣。在類似的工程中應(yīng)用和推廣。3.3.研究問題一：研究問題一： 粉砂地基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究粉砂地基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究3.11 3.11 小結(jié)小結(jié)（1 1）通過濾網(wǎng)反濾試驗(yàn)，提出采用）通過濾網(wǎng)反濾試驗(yàn)，提出采用8080目目+120+120目組合濾網(wǎng)加中粗砂反濾，目組合濾網(wǎng)加中粗砂

52、反濾，一起才能有效保護(hù)粉砂流失。一起才能有效保護(hù)粉砂流失。（2 2）通過理論分析和室內(nèi)試驗(yàn)提出漸進(jìn)反濾系統(tǒng)的概念，提出了）通過理論分析和室內(nèi)試驗(yàn)提出漸進(jìn)反濾系統(tǒng)的概念，提出了D D1515/d/d15154-5 4-5 ，Dap/dDap/d505066的反濾指標(biāo)（式中的反濾指標(biāo)（式中D D1515、d d1515分別代表反濾料、被保分別代表反濾料、被保護(hù)土的粒徑，下標(biāo)數(shù)表示小于該粒徑的土顆粒占全部干土的重量百分?jǐn)?shù)護(hù)土的粒徑，下標(biāo)數(shù)表示小于該粒徑的土顆粒占全部干土的重量百分?jǐn)?shù)DapDap表示反濾料孔隙的平均直徑）。表示反濾料孔隙的平均直徑）。3.3.研究問題一：研究問題一： 粉砂地基管井降水井

53、周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究粉砂地基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究3.11 3.11 小結(jié)小結(jié) （3 3）應(yīng)用）應(yīng)用PFC2DPFC2D顆粒流軟件對(duì)室內(nèi)試驗(yàn)進(jìn)行數(shù)值模擬，直觀動(dòng)態(tài)顆粒流軟件對(duì)室內(nèi)試驗(yàn)進(jìn)行數(shù)值模擬，直觀動(dòng)態(tài)顯示顯示漸進(jìn)穩(wěn)定反濾系統(tǒng)形成機(jī)理。在滲透水流的作用下細(xì)顆粒逐漸進(jìn)入反濾漸進(jìn)穩(wěn)定反濾系統(tǒng)形成機(jī)理。在滲透水流的作用下細(xì)顆粒逐漸進(jìn)入反濾料中，細(xì)顆粒料的孔隙填充率增大，土體滲透系數(shù)減小，滲流力并不足料中，細(xì)顆粒料的孔隙填充率增大，土體滲透系數(shù)減小，滲流力并不足以打破土顆粒的力學(xué)平衡，土體內(nèi)細(xì)顆粒和以打破土顆粒的力學(xué)平衡，土體內(nèi)細(xì)顆粒和反濾料反濾料混合一體形成新的級(jí)混合一體形成新

54、的級(jí)配的反濾配的反濾料料。 3.3.研究問題一：研究問題一： 粉砂地基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究粉砂地基管井降水井周漸近穩(wěn)定反濾系統(tǒng)機(jī)制研究4.1無防滲墻的二元地基滲透變形試驗(yàn)研究無防滲墻的二元地基滲透變形試驗(yàn)研究 4.研究問題二：研究問題二：懸掛式防滲墻用于二元地基滲變形防治的試驗(yàn)研究懸掛式防滲墻用于二元地基滲變形防治的試驗(yàn)研究 室內(nèi)滲流槽結(jié)構(gòu)示意圖室內(nèi)滲流槽結(jié)構(gòu)示意圖4.1無防滲墻的二元地基滲透變形試驗(yàn)研究無防滲墻的二元地基滲透變形試驗(yàn)研究 室內(nèi)滲流槽室內(nèi)滲流槽實(shí)物實(shí)物圖圖4.研究問題二：研究問題二：懸掛式防滲墻用于二元地基滲變形防治的試驗(yàn)研究懸掛式防滲墻用于二元地基滲變形防治的

55、試驗(yàn)研究 4.1無防滲墻的二元地基滲透變形試驗(yàn)研究無防滲墻的二元地基滲透變形試驗(yàn)研究 試驗(yàn)現(xiàn)象試驗(yàn)現(xiàn)象 滲流試驗(yàn)過程中各階段現(xiàn)象（滲流試驗(yàn)過程中各階段現(xiàn)象（1 1） 4.研究問題二：研究問題二：懸掛式防滲墻用于二元地基滲變形防治的試驗(yàn)研究懸掛式防滲墻用于二元地基滲變形防治的試驗(yàn)研究 4.1無防滲墻的二元地基滲透變形試驗(yàn)研究無防滲墻的二元地基滲透變形試驗(yàn)研究 滲流試驗(yàn)過程中各階段現(xiàn)象（滲流試驗(yàn)過程中各階段現(xiàn)象（2 2）試驗(yàn)現(xiàn)象試驗(yàn)現(xiàn)象 4.研究問題二：研究問題二：懸掛式防滲墻用于二元地基滲變形防治的試驗(yàn)研究懸掛式防滲墻用于二元地基滲變形防治的試驗(yàn)研究 4.1無防滲墻的二元地基滲透變形試驗(yàn)研究無防

56、滲墻的二元地基滲透變形試驗(yàn)研究 上排測(cè)壓管沿程水位變化曲線上排測(cè)壓管沿程水位變化曲線（H=0 cmH=0 cm） 下排測(cè)壓管沿程水位變化曲線下排測(cè)壓管沿程水位變化曲線（H=0 cmH=0 cm） 試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)結(jié)果 4.研究問題二：研究問題二：懸掛式防滲墻用于二元地基滲變形防治的試驗(yàn)研究懸掛式防滲墻用于二元地基滲變形防治的試驗(yàn)研究 4.1無防滲墻的二元地基滲透變形試驗(yàn)研究無防滲墻的二元地基滲透變形試驗(yàn)研究 出水口和遠(yuǎn)處溢出口流量與上游水頭關(guān)系曲線（出水口和遠(yuǎn)處溢出口流量與上游水頭關(guān)系曲線（H=0 cmH=0 cm）(cm3/s)(cm3/s)4.研究問題二：研究問題二：懸掛式防滲墻用于二元地基滲

57、變形防治的試驗(yàn)研究懸掛式防滲墻用于二元地基滲變形防治的試驗(yàn)研究 4.1無防滲墻的二元地基滲透變形試驗(yàn)研究無防滲墻的二元地基滲透變形試驗(yàn)研究 滲漏通道示意圖（滲漏通道示意圖（H=0 cmH=0 cm）從試驗(yàn)發(fā)生流土破壞開始，出水口下方的細(xì)砂層與粘土層接觸面就逐步發(fā)生著從試驗(yàn)發(fā)生流土破壞開始，出水口下方的細(xì)砂層與粘土層接觸面就逐步發(fā)生著變化。隨著上游水頭增加，出水口出現(xiàn)沸砂現(xiàn)象，出水口下方兩層土料接觸面被水變化。隨著上游水頭增加，出水口出現(xiàn)沸砂現(xiàn)象，出水口下方兩層土料接觸面被水流沖蝕形成通道并向上游發(fā)展。待沖刷發(fā)展至入水口下方塑料排水板時(shí)，通道形成流沖蝕形成通道并向上游發(fā)展。待沖刷發(fā)展至入水口下方

58、塑料排水板時(shí)，通道形成。滲漏通道形狀如圖。滲漏通道形狀如圖4.74.7所示，通道形同一個(gè)兩個(gè)凹槽拼接，中間有一部位沖刷較所示，通道形同一個(gè)兩個(gè)凹槽拼接，中間有一部位沖刷較輕，通道很窄細(xì)；通道兩端沖刷也較輕微。輕，通道很窄細(xì)；通道兩端沖刷也較輕微。4.研究問題二：研究問題二：懸掛式防滲墻用于二元地基滲變形防治的試驗(yàn)研究懸掛式防滲墻用于二元地基滲變形防治的試驗(yàn)研究 4.2 懸掛式防滲墻貫入度對(duì)滲控作用影響試驗(yàn)研究懸掛式防滲墻貫入度對(duì)滲控作用影響試驗(yàn)研究 上排測(cè)壓管沿程水位變化曲線上排測(cè)壓管沿程水位變化曲線( D( D為防滲墻貫入度，為防滲墻貫入度，h h為臨界水頭高度為臨界水頭高度) )4.研究問

59、題二：研究問題二：懸掛式防滲墻用于二元地基滲變形防治的試驗(yàn)研究懸掛式防滲墻用于二元地基滲變形防治的試驗(yàn)研究 4.2懸掛式防滲墻貫入度對(duì)滲控作用影響試驗(yàn)研究懸掛式防滲墻貫入度對(duì)滲控作用影響試驗(yàn)研究 模擬滲透變形出水口處滲流量模擬滲透變形出水口處滲流量q q與水頭高度與水頭高度H H關(guān)系曲線關(guān)系曲線 上排測(cè)壓管上排測(cè)壓管i im m與水頭與水頭高度高度H H關(guān)系曲線關(guān)系曲線4.研究問題二：研究問題二：懸掛式防滲墻用于二元地基滲變形防治的試驗(yàn)研究懸掛式防滲墻用于二元地基滲變形防治的試驗(yàn)研究 4.2懸掛式防滲墻貫入度對(duì)滲控作用影響試驗(yàn)研究懸掛式防滲墻貫入度對(duì)滲控作用影響試驗(yàn)研究 滲透變形時(shí)的臨界水頭高

60、度與貫入度滲透變形時(shí)的臨界水頭高度與貫入度P Pd d關(guān)系曲線關(guān)系曲線 4.研究問題二：研究問題二：懸掛式防滲墻用于二元地基滲變形防治的試驗(yàn)研究懸掛式防滲墻用于二元地基滲變形防治的試驗(yàn)研究 4.2 懸掛式防滲墻貫入度對(duì)滲控作用影響試驗(yàn)研究懸掛式防滲墻貫入度對(duì)滲控作用影響試驗(yàn)研究 表觀臨界水力梯度表觀臨界水力梯度i imcrmcr與貫入度與貫入度P Pd d關(guān)系曲線關(guān)系曲線表觀臨界水力梯度指發(fā)生滲透破壞時(shí)上游水頭高度與表觀滲徑之比。表觀臨界水力梯度指發(fā)生滲透破壞時(shí)上游水頭高度與表觀滲徑之比。4.研究問題二：研究問題二：懸掛式防滲墻用于二元地基滲變形防治的試驗(yàn)研究懸掛式防滲墻用于二元地基滲變形防治