李新生,王朋朋,李亞圣,李忠生,高鐸文,萬(wàn) 通,高虎艷

(1.長(zhǎng)安大學(xué)地質(zhì)工程與測(cè)繪學(xué)院,陜西西安 710054;2.長(zhǎng)安大學(xué)西部礦產(chǎn)資源與地質(zhì)工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西西安 710054;3.長(zhǎng)安大學(xué)國(guó)土資源部巖土工程開放研究實(shí)驗(yàn)室,陜西西安 710054;4.西安市地下鐵道有限責(zé)任公司,陜西西安 710018)

西安地鐵穿越地裂縫的抽水試驗(yàn)研究

李新生1,2,3,王朋朋1,李亞圣1,李忠生1,高鐸文1,萬(wàn) 通1,高虎艷4

(1.長(zhǎng)安大學(xué)地質(zhì)工程與測(cè)繪學(xué)院,陜西西安 710054;2.長(zhǎng)安大學(xué)西部礦產(chǎn)資源與地質(zhì)工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西西安 710054;3.長(zhǎng)安大學(xué)國(guó)土資源部巖土工程開放研究實(shí)驗(yàn)室,陜西西安 710054;4.西安市地下鐵道有限責(zé)任公司,陜西西安 710018)

查清地裂縫水文地質(zhì)情況可以為西安地鐵設(shè)計(jì)和施工提供科學(xué)依據(jù)。根據(jù)西安地鐵勘察工作需要,2008年7月～9月選擇地裂縫穿過(guò)的西安市勞動(dòng)路小學(xué)院內(nèi)場(chǎng)地首次嘗試進(jìn)行跨地裂縫水文地質(zhì)專項(xiàng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。試驗(yàn)內(nèi)容包括試坑滲水試驗(yàn)、鉆孔注水和抽水試驗(yàn),并以1號(hào)抽水井的穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)為典型,研究地裂縫對(duì)地下水滲流的影響。采用帶1個(gè)觀測(cè)孔的穩(wěn)定流潛水完整井公式、帶2個(gè)觀測(cè)孔的穩(wěn)定流潛水完整井公式以及潛水完整井水位恢復(fù)速度計(jì)算公式等3個(gè)滲透系數(shù)計(jì)算方法,得到了地表淺層土體沿地裂縫走向和垂直于地裂縫走向的滲透系數(shù),分析了滲透系數(shù)的差異性;最后利用MAD IS有限元軟件模擬場(chǎng)地內(nèi)建筑物對(duì)地基土施加應(yīng)力,探討了建筑物對(duì)場(chǎng)地土體的影響。結(jié)果表明:利用上述3個(gè)公式計(jì)算,都得到沿地裂縫方向土體的滲透系數(shù)比垂直地裂縫方向的土體稍大;在同一落程中,利用潛水完整井水位恢復(fù)速度公式計(jì)算得到的滲透系數(shù)最大,利用帶2個(gè)觀測(cè)孔的穩(wěn)定流潛水完整井公式計(jì)算得到的滲透系數(shù)次之,利用帶1個(gè)觀測(cè)孔的穩(wěn)定流潛水完整井公式計(jì)算得到的滲透系數(shù)最小,這主要是由井損造成的;建筑物對(duì)場(chǎng)地土體的影響主要集中在素填土層、黃土層和古土壤層,粉質(zhì)黏土層以下影響則逐漸減弱,影響深度在18 m左右;由于建筑物長(zhǎng)期對(duì)地裂縫上盤土體施加荷載,附加應(yīng)力作用使地基土固結(jié)壓密,導(dǎo)致地裂縫上盤土體的滲透系數(shù)較下盤小。

西安地鐵;地裂縫;抽水試驗(yàn);滲透系數(shù);水文地質(zhì);穩(wěn)定流

0 引言

西安地裂縫是一種地區(qū)性的地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象[1-5],目前查明的西安地裂縫有14條,總體走向均為北東和北東東向。目前正在施工的地鐵二號(hào)線為南北向,其走向穿過(guò)了大多數(shù)地裂縫,和地裂縫大角度相交,受影響的長(zhǎng)度和范圍較小。而正在施工的地鐵一號(hào)線西段為北西向,中段為東西向,東段為北東向,通過(guò)的地裂縫較二號(hào)線少,但和地裂縫交角小,受地裂縫影響的長(zhǎng)度和范圍較大,并且存在多次穿越一條地裂縫的情況。

西安地區(qū)應(yīng)對(duì)建筑場(chǎng)地地裂縫的措施是查清位置、合理避讓。因此,地裂縫工程地質(zhì)和水文地質(zhì)性質(zhì)一直未曾引起關(guān)注,很少對(duì)其進(jìn)行研究。地鐵工程無(wú)法采取避讓措施,必須在查清地裂縫水文地質(zhì)情況后,才能進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)和施工。二號(hào)線北大街f3地裂縫處,曾因地裂縫的水文地質(zhì)性質(zhì)不明而給工程施工造成了極大困擾,影響了工期。因此,查清地裂縫水文地質(zhì)參數(shù),為地鐵設(shè)計(jì)和施工提供科學(xué)依據(jù)迫在眉睫。

西安地鐵穿越地裂縫的施工方法均為淺埋暗挖,為了保證施工安全須先進(jìn)行降水。為給降水設(shè)計(jì)提供合理參數(shù),2008年7月～9月選擇在勞動(dòng)路小學(xué)院內(nèi)場(chǎng)地首次嘗試進(jìn)行跨地裂縫水文地質(zhì)專項(xiàng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。試驗(yàn)內(nèi)容包括試坑滲水試驗(yàn)、鉆孔注水和抽水試驗(yàn),抽水試驗(yàn)分為單井和群井抽水試驗(yàn)。筆者以1號(hào)抽水井的抽水試驗(yàn)結(jié)果為典型,研究地裂縫對(duì)地下水滲流的影響,進(jìn)而評(píng)價(jià)其對(duì)地鐵工程施工的影響。

1 試驗(yàn)場(chǎng)地概況

試驗(yàn)場(chǎng)地所在的勞動(dòng)路小學(xué)位于西安市勞動(dòng)南路東側(cè),北距大慶路約300 m(圖1),小學(xué)院內(nèi)f3地裂縫出露地表,損毀多棟教學(xué)樓(圖2)。地裂縫走向北東向29°,傾向南東向,傾角約80°。場(chǎng)地地形平坦,地面高程為398.60～400.89 m,西高東低,南高北低,位于勞動(dòng)公園黃土梁南側(cè),地貌單元屬河二級(jí)階地。根據(jù)鉆探結(jié)果,場(chǎng)地在試驗(yàn)深度范圍內(nèi)主要地層有4層,各層特征見(jiàn)表1。

圖1 試驗(yàn)場(chǎng)地位置Fig.1 Location of Test Site

根據(jù)鉆探結(jié)果,場(chǎng)地內(nèi)潛水位為9.20～9.73 m,相應(yīng)水位標(biāo)高為391.42～391.61 m。豐水期和枯水期間地下水位相應(yīng)上升和下降,水位年變化幅度約2.00 m。該場(chǎng)地地下水為孔隙潛水,補(bǔ)給源為大氣降水、地下徑流與管網(wǎng)滲透等。排泄方式為徑流排泄、人工開采、潛水越流排泄等。

表1 試驗(yàn)場(chǎng)地主要地層Tab.1 Main Strata in Test Site

圖2 試驗(yàn)場(chǎng)地地裂縫造成建筑物及地面破壞Fig.2 Cracks of Building and Surface Caused by Ground Fracture

2 試驗(yàn)場(chǎng)地布置

本次試驗(yàn)共布設(shè)鉆孔(井)9個(gè),其中抽水井3個(gè),觀測(cè)孔6個(gè)。沿地裂縫走向?yàn)?個(gè)抽水井、4個(gè)觀測(cè)孔,垂直地裂縫方向?yàn)?個(gè)抽水井、2個(gè)觀測(cè)孔(圖3)。

圖3中1號(hào)抽水井布設(shè)在地裂縫上,2號(hào)抽水井布設(shè)在地裂縫下盤,3號(hào)抽水井布設(shè)在上盤,距1號(hào)抽水井均為6 m。3個(gè)抽水井連線方向垂直于地裂縫走向。6個(gè)觀測(cè)孔在垂直地裂縫走向和沿地裂縫走向2個(gè)方向布設(shè),并布設(shè)在抽水井四周。在垂直地裂縫走向上,地裂縫上盤6號(hào)觀測(cè)孔距1號(hào)抽水井24 m,下盤5號(hào)觀測(cè)孔距1號(hào)抽水井12 m;沿地裂縫走向,1號(hào)觀測(cè)孔和2號(hào)觀測(cè)孔距1號(hào)抽水井均為6 m,3號(hào)觀測(cè)孔距1號(hào)抽水井12 m,4號(hào)觀測(cè)孔距1號(hào)抽水井24 m。

圖3 試驗(yàn)場(chǎng)地觀測(cè)孔和抽水井平面分布Fig.3 Position of Observation and Pumping Wells in Test Site

根據(jù)“孔深越過(guò)擬建線路底板深度不小于5 m、盡量是完整井、最大落程滿足基底下1.0～1.5 m降深要求”的原則,抽水井和觀測(cè)孔深度均定為30 m。抽水井井徑為600 mm,成井后下入外徑480 mm的混凝土濾水管。井壁與管壁的環(huán)狀間隙投入優(yōu)質(zhì)礫石,投礫石時(shí)實(shí)際礫面測(cè)量和計(jì)量同時(shí)進(jìn)行,投礫石至井口以下3 m,其上至井口段的環(huán)狀間隙填充黏土以封堵止水。觀測(cè)孔孔徑為150 mm,下入穿孔的外徑為100 mm的PVC管。

3 跨地裂縫的抽水試驗(yàn)方案

抽水試驗(yàn)設(shè)計(jì)為3個(gè)落程,大落程為抽水試驗(yàn)的最大降深(約18 m),中落程和小落程分別為最大降深的2/3和1/3[6]。

試驗(yàn)前首先測(cè)定所有井孔靜止水位,穩(wěn)定時(shí)間不小于8 h。從小落程到大落程逐次進(jìn)行抽水試驗(yàn),做下一落程試驗(yàn)前須等靜水位恢復(fù)到試驗(yàn)前靜止水位。試驗(yàn)時(shí)對(duì)抽水井、觀測(cè)孔水位同步進(jìn)行觀測(cè),試驗(yàn)開始和結(jié)束均按照在第1～4、6、8、10、15、20、25、30 min觀測(cè)水位和流量的要求進(jìn)行,每隔1 h測(cè)定1次水溫及靜止水位,3次所測(cè)水位相同或4 h內(nèi)水位相差不超過(guò)2 cm,即為靜止水位[6]。抽水試驗(yàn)穩(wěn)定時(shí)間的長(zhǎng)短,直接關(guān)系到抽水試驗(yàn)質(zhì)量和資料的可用性。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,大、中、小落程抽水試驗(yàn)穩(wěn)定時(shí)間分別定為24、16、8 h。

對(duì)抽水試驗(yàn)的穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)有以下要求[7]:

(1)抽水過(guò)程中水位和出水量歷時(shí)曲線不能有逐漸增大和減小的趨勢(shì)。

(2)在穩(wěn)定時(shí)間段內(nèi),主孔水位波動(dòng)值不超過(guò)水位降低值的1%;當(dāng)降深小于10 m時(shí),水位波動(dòng)值不應(yīng)超過(guò)3～5 cm,觀測(cè)孔水位波動(dòng)值不超過(guò)2～3 cm。

(3)出水量波動(dòng)值不超過(guò)正常流量的5%,當(dāng)出水量很小時(shí),可適當(dāng)放寬。

(4)當(dāng)主孔和觀測(cè)孔水位與區(qū)域地下水位變化趨勢(shì)及幅度基本一致時(shí),可以視為穩(wěn)定。

(5)多孔抽水時(shí),以最遠(yuǎn)觀測(cè)孔的水位達(dá)到穩(wěn)定為標(biāo)準(zhǔn)。

最后進(jìn)行恢復(fù)水位觀測(cè),觀測(cè)時(shí)間間距為1、3、5、10、15、30 min,直至完全恢復(fù)。觀測(cè)精度的要求與靜止水位的觀測(cè)相同[1]。抽水采用揚(yáng)程28 m、水量25 t/h的潛水泵,流量計(jì)采用三角堰,水位觀測(cè)采用萬(wàn)用表型水位計(jì)。

4 抽水試驗(yàn)資料整理

抽水試驗(yàn)有穩(wěn)定流和非穩(wěn)定流兩種方法,即抽水時(shí),動(dòng)水位和相應(yīng)的出水量要求達(dá)到穩(wěn)定并延續(xù)一段時(shí)間才可結(jié)束的抽水試驗(yàn),即穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)。本次試驗(yàn)所選地點(diǎn)及抽水孔遠(yuǎn)離補(bǔ)給或隔水邊界,符合穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)的使用條件。本次抽水試驗(yàn)的滲透系數(shù)計(jì)算主要應(yīng)用以下公式:

(1)帶1個(gè)觀測(cè)孔的穩(wěn)定流潛水完整井公式[8]

(2)帶2個(gè)觀測(cè)孔的穩(wěn)定流潛水完整井公式[8]

(3)潛水完整井水位恢復(fù)速度計(jì)算公式[9]

式中:K為含水層的滲透系數(shù)(m/h);m為承壓含水層厚度(m);Q為抽水井的出水量(m3/h);H為抽水前潛水層厚度(m);rw、r1、r2分別為抽水井半徑, 1、2號(hào)觀測(cè)孔至抽水井中心的距離(m);Sw、S1、S2分別為抽水井、1、2號(hào)觀測(cè)孔內(nèi)的水位下降值(m);t為計(jì)算水位恢復(fù)時(shí)間間隔(h);Sa、Sb分別為水位恢復(fù)前后井中剩余水位降深(m)。

圖4 1號(hào)抽水井小落程出水量與時(shí)間關(guān)系Fig.4 Relationship Between Water Yield and Time for No.1 Pumping Well Under the Small Height of Drop

根據(jù)試驗(yàn)安排,場(chǎng)地內(nèi)共布置3個(gè)抽水井,6個(gè)觀測(cè)孔,這里著重介紹地裂縫上1號(hào)抽水井3個(gè)落程的抽水試驗(yàn)。依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果繪制抽水井出水量與時(shí)間以及降深與時(shí)間的關(guān)系曲線(圖4～15),然后選用計(jì)算公式計(jì)算滲透系數(shù),抽水試驗(yàn)資料及計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2～4[10-11]。另外,由于6號(hào)觀測(cè)孔的水位變化受院內(nèi)排水系統(tǒng)的影響較大,故未用其數(shù)據(jù)進(jìn)行滲透系數(shù)的計(jì)算。

圖5 1號(hào)抽水井小落程水位降深與時(shí)間關(guān)系Fig.5 Relationship Between Drop-down and Time for No.1 Pumping Well Under the Small Height of Drop

圖6 沿地裂縫小落程水位降深與時(shí)間關(guān)系Fig.6 Relationship Between Drop-down and Time for Pum ping Wells Parallel to the Ground Fracture Under the Small Height of Drop

圖7 垂直地裂縫小落程水位降深與時(shí)間關(guān)系Fig.7 Relationship Between Drop-down and Time for Pumping Wells Vertical to the Ground Fracture Under the Small Height of Drop

圖8 1號(hào)抽水井中落程出水量與時(shí)間關(guān)系Fig.8 Relationship Between Water Yield and Time for No.1 Pumping Well Under the Medium Height of Drop

圖9 1號(hào)抽水井中落程水位降深與時(shí)間關(guān)系Fig.9 Relationship Between Drop-down and Time for No.1 Pum ping Well Under the Medium Height of Drop

圖10 沿地裂縫中落程水位降深與時(shí)間關(guān)系Fig.10 Relationship Between Drop-down and Time for Pumping Wells Parallel to the Ground Fracture Under the Medium Height of Drop

圖11 垂直地裂縫中落程水位降深與時(shí)間關(guān)系Fig.11 Relationship Between Drop-down and Time for Pumping Wells Vertical to the Ground Fracture Under the Medium Height of Drop

圖12 1號(hào)抽水井大落程出水量與時(shí)間關(guān)系Fig.12 Relationship Between Water Yield and Time for No.1 Pumping Well Under the Large Height of Drop

圖13 1號(hào)抽水井大落程水位降深與時(shí)間關(guān)系Fig.13 Relationship Between Drop-down and Time for No.1 Pumping Well Under the Large Height of Drop

圖14 沿地裂縫大落程水位降深與時(shí)間關(guān)系Fig.14 Relationship Between Drop-down and Time for Pumping Wells Parallel to the Ground Fracture Under the Large Height of Drop

圖15 垂直地裂縫大落程水位降深與時(shí)間關(guān)系Fig.15 Relationship Between Drop-down and Time for Pumping Wells Vertical to the Ground Fracture Under the Large Height of Drop

5 試驗(yàn)結(jié)果分析

5.1 滲透系數(shù)試驗(yàn)結(jié)果

(1)由表2～4中試驗(yàn)結(jié)果可知,1號(hào)抽水井抽水,利用帶1個(gè)觀測(cè)孔的穩(wěn)定流潛水完整井公式計(jì)算;2號(hào)抽水井作為觀測(cè)孔時(shí),小、中、大落程下滲透系數(shù)分別為1.07、0.84、0.67 m/d;3號(hào)抽水井作為觀測(cè)孔時(shí),小、中、大落程下滲透系數(shù)分別為0.79、0.64、0.52 m/d;5號(hào)觀測(cè)孔作為觀測(cè)孔時(shí),小、中、大落程下滲透系數(shù)分別為1.00、0.80、0.61 m/d;3號(hào)觀測(cè)孔作為觀測(cè)孔時(shí),小、中、大落程下滲透系數(shù)分別為1.11、0.82、0.65 m/d;4號(hào)觀測(cè)孔作為觀測(cè)孔時(shí),小、中、大落程下滲透系數(shù)分別為1.16、0.89、0.71 m/d。以上結(jié)果對(duì)比表明地裂縫土體的滲透系數(shù)較下盤土體稍大,同時(shí)下盤較上盤稍大(一般情況下裂縫上盤巖土較下盤破碎,其滲透系數(shù)應(yīng)大于下盤),沿地裂縫方向土體較垂直地裂縫方向土體的滲透系數(shù)稍大。

表2 1號(hào)抽水井小落程抽水試驗(yàn)結(jié)果Tab.2 Test Result of No.1 Pumping Well Under the Small Height of Drop

表3 1號(hào)抽水井中落程抽水試驗(yàn)結(jié)果Tab.3 Test Result of No.1 Pumping Well Under the Medium Height of Drop

表4 1號(hào)抽水井大落程抽水試驗(yàn)結(jié)果Tab.4 Test Result of No.1 Pum ping Well Under the Large Height of Drop

將沿地裂縫方向的3、4號(hào)觀測(cè)井作為觀測(cè)孔時(shí),1號(hào)抽水井抽水,利用2個(gè)觀測(cè)孔的穩(wěn)定流潛水完整井公式計(jì)算小、中、大落程下滲透系數(shù)分別為1.91、1.94、2.30 m/d;將垂直地裂縫方向上2號(hào)抽水井和5號(hào)觀測(cè)孔作為觀測(cè)孔時(shí),小、中、大落程下滲透系數(shù)分別為0.81、1.11、1.17 m/d。結(jié)果顯示,沿地裂縫方向土體較垂直地裂縫方向的土體滲透系數(shù)大。

利用潛水完整井水位恢復(fù)速度計(jì)算公式算得一系列與水位恢復(fù)時(shí)間有關(guān)的滲透系數(shù)值,通過(guò)作滲透系數(shù)與水位恢復(fù)時(shí)間函數(shù)關(guān)系的曲線確定小、中、大落程下滲透系數(shù)分別為3.16、4.59、3.71 m/d,明顯大于上述兩種公式算得的滲透系數(shù)。

(2)按上述3種計(jì)算方法,對(duì)2、3號(hào)抽水井單井抽水試驗(yàn)資料進(jìn)行了類似整理及分析,結(jié)果顯示出與上述相同的規(guī)律。

(3)3種計(jì)算公式結(jié)果對(duì)比分析表明,在同一落程中用潛水完整井水位恢復(fù)速度計(jì)算公式得到的滲透系數(shù)最大,用帶2個(gè)觀測(cè)孔的穩(wěn)定流潛水完整井公式計(jì)算得到的滲透系數(shù)次之,用帶1個(gè)觀測(cè)孔的穩(wěn)定流潛水完整井公式計(jì)算得到的滲透系數(shù)最小。

5.2 滲透系數(shù)差異性分析

井損是抽水試驗(yàn)中一個(gè)重要的影響因素,井損也是上述試驗(yàn)計(jì)算結(jié)果差異的主要原因。當(dāng)水井抽水時(shí),井損使井中水位遠(yuǎn)低于井壁水位;水位恢復(fù)時(shí),又使井中恢復(fù)水位遠(yuǎn)大于井壁恢復(fù)水位。因此,用潛水完整井水位恢復(fù)速度計(jì)算公式得到的滲透系數(shù)偏大,用其余2個(gè)公式計(jì)算得到的滲透系數(shù)偏小。此外,井損對(duì)用帶2個(gè)觀測(cè)孔的穩(wěn)定流潛水完整井公式計(jì)算結(jié)果比用帶1個(gè)觀測(cè)孔的計(jì)算結(jié)果影響小。

5.3 建筑物對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響

試驗(yàn)場(chǎng)地的建筑物為20世紀(jì)50年代所建的教學(xué)樓。其中,位于地裂縫上盤的3層教學(xué)樓破壞較為嚴(yán)重,3號(hào)抽水井和6號(hào)觀測(cè)孔分別位于該教學(xué)樓的兩側(cè)。該建筑物的基礎(chǔ)埋深為2 m,基底壓力標(biāo)準(zhǔn)組合值為100 k Pa。利用文獻(xiàn)[12]及MAD IS有限元軟件①北京邁達(dá)斯技術(shù)有限公司.M IDAS/Gen用戶手冊(cè)及相關(guān)培訓(xùn)資料.北京:北京邁達(dá)斯技術(shù)有限公司,2009.模擬場(chǎng)地內(nèi)建筑物對(duì)地基土施加應(yīng)力的影響,判斷場(chǎng)地建筑物對(duì)場(chǎng)地土體的影響。

計(jì)算模型為彈塑性,同一層內(nèi)的土視為均質(zhì)各項(xiàng)同性。選用莫爾-庫(kù)侖本構(gòu)模型進(jìn)行有限元模擬分析。為了簡(jiǎn)化模型,將土層中厚度較小的砂層忽略,并依據(jù)3號(hào)抽水井、6號(hào)觀測(cè)孔及1號(hào)抽水井所揭露的地層厚度確定計(jì)算中采用的土層厚度。計(jì)算中所采用的模型材料參數(shù)見(jiàn)表5,共分出3 643個(gè)節(jié)點(diǎn)和1 166個(gè)單元(圖16)。

計(jì)算結(jié)果(圖17～21)表明,教學(xué)樓對(duì)場(chǎng)地土體的影響主要集中在素填土層、黃土層和古土壤層,粉質(zhì)黏土層以下影響逐漸減弱,影響深度約18 m。由于教學(xué)樓附加應(yīng)力作用使地基土固結(jié)壓密,導(dǎo)致地裂縫上盤土體的滲透系數(shù)較下盤小。

表5 不同地層的模型參數(shù)Tab.5 Parameters of Model for Different Strata

圖16 地層幾何模型Fig.16 Geometric Model of Strata

圖17 主軸方向的最小主應(yīng)力Fig.17 M inimum Principal Stress in Principal Axis Direction

圖18 主軸方向的最大主應(yīng)力Fig.18 Maximum Principal Stress in Principal Axis Direction

圖19 豎向位移Fig.19 Vertical Displacement

圖20 主軸方向最大塑形主應(yīng)變Fig.20 Maximum Plastic Principal Strain in Principal Axis Direction

圖21 主軸方向最小塑形主應(yīng)變Fig.21 M inimum Plastic Principal Strain in Principal Axis Direction

6 結(jié)語(yǔ)

(1)基于1號(hào)抽水井單井抽水試驗(yàn)資料,利用帶1個(gè)觀測(cè)孔的穩(wěn)定流潛水完整井公式計(jì)算,認(rèn)為地裂縫土體的滲透系數(shù)較下盤土體稍大,同時(shí)下盤土體較上盤稍大,沿地裂縫方向土體的滲透系數(shù)比垂直地裂縫方向的土體稍大;利用帶2個(gè)觀測(cè)孔的穩(wěn)定流潛水完整井公式計(jì)算,認(rèn)為沿地裂縫方向土體的滲透系數(shù)比垂直地裂縫方向的土體稍大;利用潛水完整井水位恢復(fù)速度計(jì)算公式得到的滲透系數(shù)明顯大于上述兩種公式的結(jié)果。

(2)在同一落程中利用潛水完整井水位恢復(fù)速度計(jì)算公式得到的滲透系數(shù)最大,利用帶2個(gè)觀測(cè)孔的穩(wěn)定流潛水完整井公式計(jì)算得到得滲透系數(shù)次之,利用帶1個(gè)觀測(cè)孔的穩(wěn)定流潛水完整井公式計(jì)算得到的滲透系數(shù)最小,井損是滲透系數(shù)差異的主要原因。

(3)基于MAD IS有限元軟件模擬認(rèn)為,建筑物對(duì)場(chǎng)地土體的影響主要集中在素填土層、黃土層和古土壤層,粉質(zhì)黏土層以下影響則逐漸減弱,影響深度在18 m左右;由于建筑物長(zhǎng)期對(duì)地裂縫上盤土體施加荷載,附加應(yīng)力作用使地基土固結(jié)壓密,導(dǎo)致上盤土體的滲透系數(shù)較下盤小。

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Study on Pumping Test for Xi'an Metro Crossing Ground Fracture

L IXin-sheng1,2,3,WANG Peng-peng1,L I Ya-sheng1,
L IZhong-sheng1,GAO Duo-wen1,WAN Tong1,GAO Hu-yan4

(1.School of Geological Engineering and Surveying,Chang'an University,Xi'an 710054,Shaanxi,China;
2.Key Laboratory of Western M ineral Resources and Geology Engineering of M inistry of Education,Xi'an 710054, Shaanxi,China;3.Open Research Laboratory of Geotechnical Engineering of M inistry of Land Resources, Xi'an 710054,Shaanxi,China;4.Xi'an M etro Com pany L im ited,Xi'an 710018,Shaanxi,China)

Measuring hydrogeological condition of ground fissure could p rovide a basis fo r the design and construction of Xi'an Metro.Hydrogeological test around the ground fracture was done in Laodonglu p rimary school of Xi’an City,which located above the ground fracture,from July to September,2008.It included water penetration,drilling hole injected with water and pumping tests,and the stationary flow pumping test in No.1 pumping well was taken as a special example. Effect of ground fracture on seepage action of ground water was studied.The three formulas(stationary flow dive fully penetrating wellwith one or two observation wells,water level reset rate fully penetrating well)were used to calculate the permeability coefficients of shallow soils,which were parallel or vertical to the ground fracture.The differences of permeability coefficientswere discussed.Finally,effect of stress application of building on foundation soilwas simulated by finite element software MADIS.The results showed that the permeability coefficients of soil body parallel to the ground fracture was a little bigger than that vertical to the ground fracture based on the above mentioned three formulas;the permeability coefficient calculated by the three formulas decreased in the order of water level reset rate fully penetratingwell,stationary flow dive fully penetrating well with two observation wells and stationary flow dive fully penetrating well with oneobservation well under the same heightof drop,and well losscaused the difference;the influenceof buildingon soil body mainly focused on plain fill,loess and paleosol strata,gradually decreased under silty clay strata,and the influence depth was app roximately 18 m;because of the load application of building to the upper side of ground fracture fo r a long time,effect of subsidiary stress caused foundation soil consolidation,and the permeability coefficients in the upper side of ground fracture was smaller than that in the lower side.

Xi'an Metro;ground fracture;pumping test;permeability coefficient;hydrological geology;stationary flow

P641.2

A

1672-6561(2010)04-0378-08

2010-01-05

國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(40534021);中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局項(xiàng)目(121201064140)

李新生(1963-),男,山東肥城人,副教授,理學(xué)博士,從事巖土工程及環(huán)境工程地質(zhì)教學(xué)及研究。E-mail:xinshengli1688@163.com