问题描述:
在高地下水位地区的基坑开挖、隧道掘进等工程中,经常需要降低地下水水位来形成安全的施工空间,有些情况下为了保证施工项目周围的环境安全,也需要进行地下水回灌来控制地表变形。上述对地下水的控制措施中,一般会用到降水井或者回灌井,那么在PLAXIS中如何利用井单元来模拟地下水控制及其对地层产生的影响?
解答:
PLAXIS中的井单元是一种土层内部的水力边界条件,以线单元的形式表达,用以模拟沿着该水力边界从土层中按照一定流量抽水或者灌水,如图1所示。井单元的抽水或者灌水能力与指定的总流量、土层的饱和渗透系数以及井所穿过的土层厚度有关。举例来讲,当井单元穿越黏土层和砂土层时,由于黏土渗透性低,而砂土渗透性高,则通过井单元的抽水量大部分来自砂土层。
图1 井单元模拟基坑开挖降水井
需要注意的是,井单元的抽水量在模型计算之前就已确定,并在计算过程中保持不变。那么对于以下情况,比如仅激活一部分井单元(井单元穿越的部分土层被冻结,如开挖),或者创建的井单元只有一部分位于地下水位以下,此时软件只考虑处于激活状态且位于水位以下的井单元所对应的指定最大总流量,注意此时软件采用的井单元流量分布依然按照井单元初始状态(井单元总长度及其所穿越的全部土层的渗透性)来决定。
在工程实际当中,抽水/灌水井的透水部分一般都位于井身底部的过滤段。因此,基于上述对井单元计算原理的说明,在应用井单元模拟降水井或者回灌井时,只需用井单元代表其过滤段即可,即模型中创建的井单元无需从地表开始绘制。抽水井的典型结构如图2所示。
图2 抽水井的典型结构(过滤段及护壁段)
井单元的参数主要有最大总流量和可能的最小水头值,如图3所示。注意,软件默认的井单元行为是“抽水井”,如果需要计算灌水井,则需要修改其行为类型。此处的最大总流量是指井单元抽水/灌水流量的上限值,实际的流量值由软件计算得出。给定的最小水头值意味着,当地下水水头下降到该值以下时,降水井单元将不再继续工作。因此,该参数的取值要考虑与实际工程中的水井类型所对应。比如,可以选择(抽水)潜水泵所在位置为井单元所对应的最小水头。注意最小水头值不可低于井单元底部位置!
图3 井单元的参数
井单元计算只有在地下水渗流分析或者流固耦合分析中起作用,因此在激活井单元的施工阶段中注意选择相应的计算类型!
在输出程序的应力菜单中选择“井”,即可查看井单元的实际计算流量值,如图4所示。
图4 井单元流量计算结果