[差异性水文地质条件下的三维地质建模及渗流数值模拟] 江西省水文地质工程地质大队
时间：2019-04-20 03:21:24 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要：在地铁施工过程中的降水方法受到水文地质条件等多种因素的制约，因此，根据已有的地质水文地质资料建立并完善沿线的三维地质结构模型是非常必要的。本文结合研究区的水文地质条件和边界条件，对基坑降水主要含水层进行概化，生成最终的概念模型，并采用MODFLOW地下水流模拟程序模拟地下水位变化，并结合抽水试验和地下水位观测资料，利用PEST自动拟合程序进行模型校正和参数反演，以验证模型的可靠度。最后，利用验证后的模型进行预测，为工程施工的设计优化提供依据。
关键字：上海地铁10号线，基坑降水，数值模拟
中图分类号： [P345] 文献标识码：A 文章编号：
Abstract: in the construction process of the precipitation method by hydrogeological conditions and so on many kinds of factors, therefore, on the basis of the existing geology hydrological geological data to establish and perfect the along of 3 d geological structure model is very necessary. Based on the hydrogeological conditions and boundary conditions for foundation pit dewatering main aquifers are generalized, generating the concept of the final model, and the underground water MODFLOW simulation program simulation change of ground water, and combined with underground water pumping test and observation data, using PEST automatic fitting procedures model correction and parameter inversion to verify the reliability of the model. Finally, using the model prediction after verification, the design optimization for engineering construction provides the basis.
Key word: Shanghai subway line 10, foundation pit dewatering, numerical simulation
1引言
地铁建设是城市建设的一个重要组成部分，而在地铁的施工修建过程中，一般会遇到两个技术难题。一是如何处理好施工中的地下水；二是在施工过程中，如何控制地铁沿线地面沉降以确保周边地面及高层建筑安全，也是一个技术难题。上述两个技术难题实质上都归结为如何科学地处理施工中的降水问题，以确保地铁正常施工以及遏制地下降水所导致的地面沉降。因此，如何科学合理地达到地铁车站基坑降水工程的最佳效果，同时减少降水工程对周边环境的影响成为了工程能否顺利进行的关键。
随着人们对地下水流运动机理的不断认识，描述地下水流动系统的模拟经历了一个由简到繁的过程。19世纪中叶到20世纪初，地下水数值模拟研究刚起步，地下水开发利用规模较小，那时开采量小于天然补给量，采用稳定流模型（Dupuit，1863）刻画地下水的运动。1886年，Hamn首先把高等数学应用到地下水运动理论中来，包括引进等势面和流线、应用拉普拉斯方程和镜像法。20世纪30年代，地下水开采规模日益增大，地下水流动呈现出不稳定性，非稳定流模型问世（Theis，1935）。到了20世纪50年代，随着深层承压水的开发利用，越流模型被用来解决多层含水层的越流问题（Jacob，Hantush，1965）。同一时期， Bennett和Skibitzke提出了从含水层系统进行研究地下水流的方法，突破了以往只从单井角度考虑的模式。至此，地下水流模型从单层稳定流模型发展到多层越流动态模型，但是对含水层内部结构和不规则边界条件的研究仍无明显进展[1]。20世纪60年代以来，数值计算方法[2]在水文地质学中的应用及电子计算机技术的推广使用，使复杂的地下水流的模拟[3]求解成为可能，在水文地质概念模型中可以更多地保留了实际地下水系统的天然特性。此阶段是数值模型[4]的快速发展时期，先后出现了二维流模型、准三维流模型、三维流模型、耦合模型等[5]。
2工程实例
2.1 工程概况
2.1.1工程地质条件
根据勘察资料，本区间揭露地基土在70m深度范围内均为第四纪松散沉积物，地质时代为第四纪全新世～上更新世，属第四系滨海平原地基土沉积层，主要由饱和粘性土、粉性土以及砂土组成，一般具有成层分布特点。根据土性和成因类型可分8个层次，其中第①层、第②层和第⑤层各分若干个亚层。
2.1.2水文地质条件
根据上述地层情况，按其水文地质特性，地下水类型可分为两类，即：潜水型与承压水型。
（1）潜水含水层
浅部地下水属潜水类型，补给来源主要为大气降水与地表径流，水位动态为气象型。详细勘察期间测得静止地下水埋深为0.3～1.4m、标高为3.11～4.22m。
（2）微承压含水层
微承压水主要分布于④2 砂质粉土层、⑤2-1 粘质粉土夹粉质粘土层及⑤2-2 粉砂层中。④2 层揭示的顶板埋深为13.0～14.3m、顶板标高为-8.32～-9.48m，⑤2 层揭示的顶板埋深为16.5～19.4m、顶板标高为-12.00～-14.72m，场区内⑤2 层微承压含水层又与下部的第一承压含水层相连通。
（3）承压含水层
承压水分布于⑦粉细砂层中。⑦层为上海地区第一承压含水层，揭示的顶板埋深为46.5～49.0m、顶板标高为-41.91～-44.34m。场区内第一承压含水层与上部微承压含水层连通。
2.2 航中路站研究区三维地质模型
根据研究区现有的资料，利用GMS软件中的Borehole模块和Solid模块生成航中路站研究区的三维地质实体模型。
2.3 航中路站研究区计算模型的概化
2.3.1概化地层
按照《工程地质勘察报告》提供的信息，对拟进行计算和反演的地层进行概化。概化后的地层及分区参见表1。
表1 土层渗透系数成果表
2.3.2初始条件与边界条件
潜水静止地下水埋深为0.3～1.4m（标高为3.11～4.22m），微承压水水位埋深为地表下3.3m（标高1.40m，2006 年3 月31 日），⑤2 层微承压水水位埋深为地表下4.8m（标高-0.10m，2006 年3 月31 日）。根据区域经验，微承压水头呈幅度不等的周期性变化。计算范围四周取为定水头边界，底板⑧层取为隔水边界。
