.減壓井在堤壩排滲減壓工程中的應(yīng)用研究

1、9/9摘要:本文介紹了減壓井的工作原理，減壓效果,以及設(shè)計(jì)參數(shù)的選取，并通過(guò)對(duì)減壓井的主要設(shè)計(jì)參數(shù)（井距、貫入度及井徑）的正交試驗(yàn)，分析了其主要設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)減壓效果的顯著性影響水平,提出了減壓井的合理布置方法，以供實(shí)際工程設(shè)計(jì)參考。 關(guān)鍵詞：堤壩減壓井 設(shè)計(jì)參數(shù) 正交試驗(yàn) stdes onh lican for eliefwl n lminaing and presurerduing f embankabtct:his per introducd he elief-wel workprincipl,pressre-rducing efects ad th choie of sdesnparame

2、er。 trugh th orthona xpement of mi esinraters suh as， distance，peneration anddaerf reliefwll,analzing te influence of heseparameter to theeffctof pressureredcing，andprposnga reasoable aoutodf ree-el。 th relt can be ueul forthe dsign of u poet。key ods:mbank; rlef-well； desinpareters； orthogonal eperi

3、ment1 減壓井及其工作原理對(duì)下游設(shè)置鋪蓋的大壩或者有天然弱透水覆蓋層堤防，常由于鋪蓋和覆蓋層的透水性較下層土為小，使位于堤壩下游下臥砂層壓力水頭過(guò)大，以致地基覆蓋層滲透坡降超標(biāo)，發(fā)生嚴(yán)重滲透變形，影響堤壩安全，同時(shí)導(dǎo)致堤壩下游沼澤化，惡化居住條件和作物生長(zhǎng)條件。減壓井導(dǎo)滲原理是：通過(guò)濾水管將來(lái)自上游滲透水流直接導(dǎo)入井內(nèi)，阻止水流往下游流動(dòng)，在地下迅速降低壓力水頭，以達(dá)到保護(hù)大壩的穩(wěn)定和降低下游地下水位的目的。因此，大壩或堤防下游設(shè)置排滲減壓井可達(dá)到以下三個(gè)目的:1）避免壩址下游發(fā)生滲透破壞；2)避免壩址下游沼澤化；3)降低壩體浸潤(rùn)線，增加壩體穩(wěn)定性.2減壓井設(shè)計(jì)減壓井的設(shè)計(jì)主要是依據(jù)堤壩運(yùn)

4、行的標(biāo)準(zhǔn)、壩基地質(zhì)和土層結(jié)構(gòu)特性等,確定減壓井的類型、井深、井徑、井距、井口高程、井系軸線位置以及反濾層，充分發(fā)揮減壓井的作用,降低工程造價(jià)。2.1 減壓井類型的選擇減壓井可分為淺井、深井兩類.淺井是挖穿不透水或相對(duì)隔水的覆蓋土層,把井底置于透水層上部的減壓井。這種透水層厚度不大、埋深較淺的地基能起良好的減壓排滲作用,井距一般較小,雖占地較多但仍較經(jīng)濟(jì)。深井是井孔深入大部或全部透水層的減壓井。當(dāng)井孔部分深入透水層,稱不完整井。當(dāng)井孔深入全部透水層,稱完整井.對(duì)于深厚透水層的地基，采用深井效果最明顯。對(duì)于不均勻透水地基,井孔應(yīng)貫穿不透水夾層或相對(duì)隔水層，采用完整井或深孔不完整井。2. 減壓井井深

5、、井距、井徑及井口高程的確定井深、井徑、井距一般應(yīng)通過(guò)水力分析試算確定,有時(shí)也可根據(jù)現(xiàn)有的施工器具、地質(zhì)條件來(lái)選定井徑和井深，通過(guò)計(jì)算確定井距。1)減壓井的深度 減壓井的深度主要取決于壩基的地質(zhì)條件，文獻(xiàn)1研究表明，井的有效貫入度一般選在(2575)，小于25%,排水降壓效果急劇降低;大于75排水降壓效果提高不明顯.2) 減壓井的井距 減壓井的井距應(yīng)與貫入度一起考慮，在達(dá)到排水降壓標(biāo)準(zhǔn)的前提下,還須滿足施工方便和經(jīng)濟(jì)的原則。井距一般15為宜,過(guò)大會(huì)使大量的滲透水流將越過(guò)井系，影響減壓效果。3) 減壓井的井徑 井管的直徑通常采用150m。直徑太小，井內(nèi)將產(chǎn)生較大的摩阻水頭損失，影響減壓效能;太大

6、，將造成成本過(guò)高。4） 井口高程的確定 井口高程應(yīng)高于井不排水狀態(tài)下，排水溝中可能出現(xiàn)的最高徑流水位,以防溝內(nèi)污水倒灌.但也要滿足防浸降壓,控制地下水位的要求。井口絕對(duì)高程俞低，降壓效果俞好，但開挖排水溝的工程量也相應(yīng)地增加。因此，經(jīng)濟(jì)合理的井口高程，應(yīng)通過(guò)方案比較擇優(yōu)而定.3 井系軸線位置的確定減壓井的井系軸線靠近堤腳（滲透坡降最大) 的減壓效果較好；離堤腳過(guò)遠(yuǎn)，則在井系軸線與堤腳之間仍存在較大的滲透壓力。.4減壓井反濾層的設(shè)計(jì)為了保證反濾層的均勻性及使反濾層在施工洗井時(shí)能夠隨著細(xì)粒的進(jìn)入井內(nèi)而自由沉降，不至發(fā)生架空脫節(jié)現(xiàn)象，反濾層必須滿足:）反濾料的不均勻系數(shù)5；2)反濾層的最小厚度:cm

7、;）反濾料的最大粒徑(d最大）：.其中,為反濾料土中過(guò)篩率為8的粒徑,為反濾層的厚度。3 減壓井主要設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)排滲減壓效果的顯著性影響水平分析減壓井的間距l(xiāng)、貫入強(qiáng)透水層的深度w及井徑是決定井的排水降壓效果和工程費(fèi)用的幾個(gè)主要參數(shù)(見圖1)。通常是結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)用試算法對(duì)減壓井進(jìn)行設(shè)計(jì)。本文擬結(jié)合減壓井的三維有限元數(shù)值計(jì)算,通過(guò)正交試驗(yàn)法分析減壓井主要設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)防滲減壓效果的顯著性影響水平,確定各設(shè)計(jì)因素的主次之分，以便尋找最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。3.1 正交試驗(yàn)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)法是一種科學(xué)地安排和分析多因素多水平試驗(yàn)的方法.它的主要優(yōu)點(diǎn)是能在很多方案中選出代表性強(qiáng)的少數(shù)方案，通過(guò)對(duì)這些方案計(jì)算結(jié)果的分析，

8、從中找出最優(yōu)的方案，并可得到比試驗(yàn)本身給出的還要多的相關(guān)各因素信息。在減壓井的設(shè)計(jì)中，一方面保證減壓井能達(dá)到滲流控制的目的,另一方面應(yīng)追求良好的經(jīng)濟(jì)效益。3。2 減壓井主要設(shè)計(jì)參數(shù)正交試驗(yàn)法的計(jì)算滲流控制效果包括三個(gè)方面:滲出點(diǎn)高度、背水側(cè)地基剩余水頭2是否滿足設(shè)計(jì)要求以及打井工作量(涉及工程造價(jià)）是否最優(yōu)。影響上述效果的因素主要包括井深（）、井徑（r)、井距（)、井口高程、反濾層材料及厚度等。減壓井的間距、貫入強(qiáng)透水層的深度及井徑是決定井的排水降壓效果和工程費(fèi)用的幾個(gè)主要參數(shù)(圖1）.在本次正交試驗(yàn)中,假定土層是均質(zhì)的，以弱化土層土質(zhì)不均對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。本文利用有限差分軟件moflw模擬減

9、壓井,進(jìn)行三維滲流計(jì)算,通過(guò)正交試驗(yàn)法分析各設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)防滲減壓效果的顯著性影響水平,確定各設(shè)計(jì)參數(shù)的主次之分，尋找最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案.表 擬定因素及水平水平因素井距l(xiāng)（m)貫入度wt井徑r（m)102%20230%303405%445070%50依據(jù)上述分析及假定，選用l （4 ） 正交表對(duì)排滲減壓井各主要設(shè)計(jì)參數(shù)的不同組合下的滲出點(diǎn)高度、背水側(cè)地基剩余水頭h，排滲單寬流量q進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算結(jié)果見表2。本次計(jì)算中壩體及不透水層采用的滲透系數(shù)為cm/s，cm/;地基透水層滲透系數(shù)為c/s,cm/，壩前水位為0m,壩頂高程3m. 圖 減壓井的布置圖 表2 正交試驗(yàn)結(jié)果記錄表列號(hào)試驗(yàn)號(hào)井距（m)貫入度w/

10、t井徑（cm）h1 （m）h2（m)q(m3/d）11。21.612221.85130。11333.56-0.1119444.410。91。923.1.410802214251.481.152421。870。3343211。0。11313424.020.932431323.0391331242。901.5417342132.140.814044234.02.91。4144.012。0.7432413.51821。012。811。31.21分析5.415.3311.81.141103=42。349。611。610。951。5810312.38。510。010319.514.76.99。9110.311。0sj0.227105133640.150。38se=0。100h2分析2919。96245。87627t234。0.6.36.266。6。13945。5.640885.435。445.8723sj4480829040。05023se0.分析5。45。3311。3