[发明专利]一种精确获取基坑降水井影响半径的方法

权利要求书

1.一种获取基坑降水井影响半径的方法，包括下述步骤：

(1)计算水跃值Δh，确定基坑降水控制水位的高度s_d，

其中，单井涌水量q＝120π0.5dlk/3，

过滤器工作部分表面积F＝πdl，

d、l分别为过滤器的直径和长度，

α为过滤器构造影响系数，

k为含水层的渗透系数，根据具体工程案例的地质勘查报告确定，

s_w为抽水井水位降深，根据具体工程案例的需要确定，

然后，确定基坑降水控制水位的高度s_d：

s_d＝b+Δh (2)

b为降水井的井中水位到不透水层之间的距离；

(2)建立基坑降水影响半径计算模型，

2.1)设A₁为上游水位点即地下水水位降幅为零的点、B₁点为A₁点在不透水边界的垂直投影，D₁为下游水位点即降水井水位点、C₁为D₁点在不透水边界的垂直投影点，F₁为降水影响半径计算模型所对应的逸出点，

先假设a为模型水平尺寸即基坑降水影响半径R，

B₁A₁为上游边界水头h′，D₁C₁为下游边界水头h″，

并且，h′＝H，h″＝b，H为潜水含水层厚度；

2.2)然后，以B₁为坐标原点，即以上游水位点在不透水边界的垂直投影点为坐标原点，B₁C₁为x轴，B₁A₁为z轴建立直角坐标系，即建立基坑降水影响半径计算模型，其中，所述模型高度为H，

记p为基坑降水影响半径模型水平尺寸时需要调整的次数，初始时设p＝0；

(3)所述基坑降水影响半径计算模型的有限单元划分，

对所述基坑降水影响半径计算模型进行n行、u列剖分，得到n×u个四边形的有限单元，再对各四边形的有限单元进行同方向对角线连接，进一步剖分为2×n×u个三角形的有限单元，各节点按照由上向下、自左向右的顺序依次编号为1，2，3……(n+1)×(u+1)，其中，所述各节点是指各有限单元在顶角处相互联接的联接点；

(4)求解基坑降水影响半径计算模型的渗流场逸出点的高度s_p，

4.1)设h为步骤(3)划分的各有限单元节点的水头值，则h满足边界条件，即边界上的h等于该节点的纵坐标，

4.2)假定任意逸出点S_m(a,z_m)的水头值为h_m＝z_m，其中，m为假定逸出点的选取序号，依次取值为1，2，3……m,

然后，将步骤2.1)的所述上游边界水头h′、下游边界水头h″和假定逸出点的水头值h_m，且h″≤h_m≤h′，代入线性方程组：

[K]{h}＝{f} (3)

其中，[K]为总渗透矩阵，

{h}为待求节点的水头值，其中：

{f}为自由项，根据各单元渗透矩阵及边界条件确定，

然后，求解线性方程组(3)即可得到所述基坑降水影响半径计算模型内各节点的水头值h；

4.3)计算步骤(3)划分的各有限单元节点的水头值h与各节点位置纵坐标z的差值ΔL并划分虚区和实区，

当有限单元内各节点的差值ΔL≤0时，则该有限单元位于虚区，

否则，该有限单元位于实区；

4.4)将虚区内的有限单元丢弃，计算当前假定逸出点位置时的实域总势能E_Sm，

其中，E_sm为实域总势能，为土的孔隙率，ρ为水的密度，g为重力加速度，h_i、h_j、h_m分别为三角形单元三个节点的水头值，A为三角形单元的面积，

4.5)将假定逸出点S_m(a,z_m)位置升高一个节点S_m+1(a，z_m+1)，其水头值为h_m+1＝z_m+1，h″＜h_m+1＜h′，按照步骤4.2)、4.3)、4.4)相同操作求解出假定的逸出点S_m+1(a，z_m+1)的实域总势能

判断E_Sm与的大小，若说明真实逸出点在假定逸出点S_m(a,z_m)、S_m+1(a，z_m+1)之间的区段内，执行步骤4.6)，

若说明真实逸出点不在假定逸出点S_m(a,z_m)、S_m+1(a，z_m+1)之间的区段内，返回步骤4.5)继续升高一个节点直至步骤4.2)中假定的逸出点水头值为h_m+1大于H时停止，即假定逸出点S_m(a,z_m)已经超出了边界条件；

4.6)在假设的逸出点S_m(a,z_m)、S_m+1(a，z_m+1)的区段内，在S_m(a,z_m)点的基础上升高β，重新开始假定逸出点Y_t(a，z′_t)，其中，z′_t＝z_m+β，β为假设逸出点最小误差值，t依次取值为1，2，3……t，

然后，依次按照步骤4.2)、4.3)、4.4)相同操作求解实域总势能E_Yt，

4.7)若说明真实逸出点不在假定逸出点S_m(a,z_m)、Y_t(a，z′_t)之间的区段内，令t＝t+1，执行步骤4.8)，

若此时所对应的逸出点S_m(a,z_m)的纵坐标即为真实逸出点高度s_p，即s_p＝z_m，并执行步骤(5)，

4.8)在Y_t(a，z′_t)点的基础上升高β，得到新的假定逸出点Y_t+1(a，z′_t+1)，其中，z′_t+1＝z′_t+β，然后，依次按照步骤4.2)、4.3)、4.4)相同操作求解实域总势能

4.9)若说明真实逸出点不在假定逸出点Y_t(a，z′_t)、Y_t+1(a，z′_t+1)之间的区段内，令t＝t+1，返回到步骤4.8)，

若此时所对应的逸出点Y_t(a，z′_t)的纵坐标即为真实逸出点高度s_p，即s_p＝z′_t，并执行步骤(5)；

(5)比较s_p与s_d的大小，若其中，Δe为误差限值，则步骤(2)中所述基坑降水影响半径模型假设的水平尺寸a即为真实的基坑降水影响半径R，

若执行步骤(6)；

(6)若说明步骤(2)中所述基坑降水影响半径模型假设的水平尺寸a偏小，则令p＝p+1，重新假设基坑降水影响半径模型水平尺寸为(1+2^-p)a，此处a为前一个模型假设的水平尺寸，并保持有限单元总数不变，增加各有限单元的水平尺寸，执行步骤(3)对新假设的基坑降水影响半径模型进行有限单元的划分，

若说明步骤(2)中所述基坑降水影响半径模型假设的水平尺寸a偏大，则令p＝p+1，重新假设基坑降水影响半径模型水平尺寸为(1-2^-p)a，此处a为前一个模型假设的水平尺寸，并保持单元总数不变，减小各单元的水平尺寸，执行步骤(3)对新假设的基坑降水影响半径模型进行有限单元的划分。