以工程實(shí)例分析同位素在環(huán)境工程中的應(yīng)用

1、以工程實(shí)例分析同位素在環(huán)境工程中的應(yīng)用摘要:本文以某工程實(shí)例分析同位素在環(huán)境中的應(yīng)用。將把裂隙巖體滲流理論用于松散層的滲流同時(shí)考慮垂向流作用來解決工程實(shí)際問題,理論證明該方法在分析松散層中地下水滲流場(chǎng)的分布是有效的。關(guān)鍵詞:環(huán)境工程；同位素；應(yīng)用1引言隨著城市經(jīng)濟(jì)的開展,城市由原來的平面開發(fā)逐漸向三維方向開展,地下空間的開發(fā)已被許多大、中城市重視。由于城市的市政建立處于人口密集的市區(qū),各項(xiàng)工程的建立都必須考慮到對(duì)周圍建筑物、環(huán)境的影響。而地下工程的施工勢(shì)必引起地下滲流場(chǎng)的改變,地下水水位的分布在地下工程的施工中扮演著重要的角色。因此如何做到在準(zhǔn)確測(cè)量地下含水層中各層的水位的同時(shí),盡量減少對(duì)周圍

2、建筑物的影響將顯得非常必要。而利用同位素示蹤方法可以準(zhǔn)確測(cè)量出含水層中各層的水位、地下水流速、流向,同時(shí)施工造價(jià)低、對(duì)周圍的環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)。自20世紀(jì)60年代開場(chǎng),對(duì)于裂隙巖體的滲流研究,已有30年的歷史,并建立了許多裂隙巖體滲流模型以及一些裂隙巖體滲流理論。但對(duì)于同位素在松散層中應(yīng)用的研究相對(duì)滯后,這主要是因?yàn)樗缮忧闆r比擬復(fù)雜,在層與層之間有越流作用,即各含水層之間存在著垂向流作用。2同位素示蹤原理分析2.1同位素示蹤單孔稀釋法測(cè)定巖體滲流場(chǎng)原理同位素示蹤單孔稀釋法測(cè)定巖體滲流場(chǎng)根本原理是將微量的放射性同位素溶液均勻地標(biāo)記在被測(cè)量的井孔水中,示蹤同位素濃度隨地下水運(yùn)動(dòng)而逐漸減少,井中同位

3、素的濃度與分布將發(fā)生變化,通過這些變化過程的測(cè)定,可以得到與之相關(guān)的地下水的流速、流向、浸透系數(shù)、裂隙隙寬、垂向流、裂隙含水層分布以及滲漏層分布等參數(shù)。2.1.1同位素單孔稀釋法測(cè)定浸透流速原理單孔稀釋法測(cè)定浸透流速原理:孔中不存在垂向流,示蹤同位素在孔中與井水混合均勻,示蹤劑隨著地下水進(jìn)展程度方向的流動(dòng),放射性示蹤劑活度的減少與浸透流速Vf有關(guān),通過理論推倒可證明計(jì)數(shù)率N的對(duì)數(shù)與浸透流速成正比。2.1.2同位素示蹤單孔測(cè)定程度流向示蹤同位素隨地下水運(yùn)動(dòng)進(jìn)入到含水層中,同位素在井四周的濃度分布逐漸呈不均勻性。地下水流方向的濃度最高,補(bǔ)給方向的濃度最低。通過裝有6支G-計(jì)數(shù)器的流向探頭在井中進(jìn)展

4、放射性強(qiáng)度測(cè)定。用電羅盤測(cè)定探頭在井中的方位。計(jì)算機(jī)隨時(shí)算出結(jié)果并打印出方位角、相對(duì)流向、實(shí)際流向、每個(gè)計(jì)數(shù)管的計(jì)數(shù)率以及總計(jì)數(shù)率。2.1.3同位素示蹤測(cè)定垂向流鉆孔揭露多組裂隙(含水層)后,由于各裂隙(含水層)地下水的補(bǔ)給源不同,在庫區(qū)壩后地下水的補(bǔ)給源通常為庫水與地下水及表層水,孔中各組裂隙層的靜水位也不一樣,孔中可能有垂向流產(chǎn)生。我們通常采用峰峰法來測(cè)定井中地下水的垂向流。將四支串聯(lián)探頭方置在井中被測(cè)井段,將同位素投放在23號(hào)探頭的中間,儀表分別記錄下各自在不同時(shí)刻的計(jì)數(shù)率變化。假設(shè)垂向流向上,我們可得到兩條變化曲線,找出兩條曲線的峰值所對(duì)應(yīng)的時(shí)間TB與TA,設(shè)兩探頭之間的間隔 為L(zhǎng),那

5、么垂向流速V為：Vv2.1.4存在垂向流時(shí)的測(cè)量假如孔中存在垂向流,我們?cè)跍y(cè)定浸透流速時(shí)應(yīng)使用帶止水栓塞裝置的同位素示蹤探頭,同時(shí)我們還須進(jìn)展孔中垂向流的探測(cè)。我們采用多組探測(cè)器的同位素示蹤儀進(jìn)展垂向流的探測(cè),計(jì)算出孔中垂向流量的分布,從而準(zhǔn)確劃分出含水層的吸水與涌水性質(zhì),確定出同一性質(zhì)含水層的埋深沉度。在基坑附近存在垂向流的鉆孔中,為了測(cè)定出不同含水層的浸透性,我們必須進(jìn)展稀釋方法測(cè)定浸透流速與孔中垂向流兩種同位素示蹤試驗(yàn)。我們研究其中任一含水層的浸透性。2.1.5鉆孔揭露的含水層中存在垂向流時(shí)的滲流場(chǎng)分析當(dāng)?shù)趇含水層中存在垂向流時(shí),孔周圍的含水層中可能存在三種情況的滲流。第一種情況,第i含

6、水層中的靜水頭Si低于混合水位S0,鉆孔中的水向含水層中補(bǔ)給;第二種情況,第i含水層中的靜水頭Si稍低于混合水位S0,第i含水層中上游一側(cè)的地下水補(bǔ)給到鉆孔之中,而鉆孔中的一部分水有補(bǔ)給到下游一側(cè)的第i含水層中;第三種情況,第i含水層中的靜水頭Si高于混合水位S0,第i含水層中的地下水向鉆孔中補(bǔ)給。3工程實(shí)例3.1工程簡(jiǎn)介該車站位于升州路南銅作坊地段。車站長(zhǎng)250.0,寬22.0,開挖深度15.0。車站的連續(xù)墻及其蓋板已于2000年施工完成,主體構(gòu)造采用地下連續(xù)墻逆作法施工。該地段地面標(biāo)高12.0左右,平行車站軸線方向的連續(xù)墻(東西兩側(cè))插入土層27.0,底面標(biāo)高-15.0左右,車站南北兩端插

7、入地下30.0,底面標(biāo)高-18.0。車站采用逆作法開挖施工。目前施工作業(yè)以達(dá)標(biāo)高0.0左右,預(yù)計(jì)需到達(dá)-3.0,部分到達(dá)-6.0以下。據(jù)施工單位介紹,施工單位施行降水8003/d,車站附近地面沉降速率較大,不易控制;現(xiàn)采用5003/d的方案,僅能維持當(dāng)前作業(yè)面無積水。而且在施工過程中,發(fā)生管涌現(xiàn)象,經(jīng)調(diào)查,施工過程暴露的主要問題是施工降水與底面沉降控制之間的矛盾,其主要原因是場(chǎng)地地質(zhì)條件復(fù)雜,地下水流場(chǎng)分布不清楚。因此進(jìn)展了同位素示蹤實(shí)驗(yàn),其目的是查清地下水的浸透性和流向分布,為后期施工提供科學(xué)根據(jù)。3.2野外實(shí)驗(yàn)及成果分析為了準(zhǔn)確探測(cè)地下滲流場(chǎng)的分布,在基坑四周鉆了13個(gè)同位素示蹤井,井徑1

8、5左右,然后在井中投放微量同位素,由于該實(shí)驗(yàn)不需要進(jìn)展抽水實(shí)驗(yàn)就能斷定出地下水的流向、土的浸透性等參數(shù),因此不會(huì)對(duì)周圍的建筑物造成不良影響。經(jīng)過實(shí)驗(yàn),得到一系列數(shù)據(jù),僅以T6#為例進(jìn)展分析。該孔位于區(qū)黨校內(nèi),在該孔中探測(cè)到的浸透流速最大為1.4/d,深度為12-16之間,比其他幾個(gè)孔中同層的浸透系數(shù)大一個(gè)數(shù)量級(jí)。該地層的滲漏層位在12-18之間,孔中流向N240-270之間,為強(qiáng)補(bǔ)給滲漏通道?？字写嬖谙蛳碌拇瓜蛄?下部的壓力小于上部。根據(jù)資料記載,黨校址下部的根底為古河道,根據(jù)深層水的等水位線分布我們推測(cè)在金沙井一帶河道變寬,延伸至如今的中山南路。黨校的平房其中有一半房屋建造在河岸,另一半建造

9、在古河床上(根據(jù)T5#與T6#的比照),由于這種地層浸透性的差異,深層降水引起的水力梯度的變化較大,在金沙井一帶深層地下水的水力梯度變化較大,引起了地面的不均勻沉降,河床部分的沉降大,而河岸部分的沉降小,造成房屋西側(cè)的沉降小而東側(cè)的沉降大。在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn),在該深基坑施工過程中所抽的地下水是深層地下水,由于該處的深層地下水具有承壓性質(zhì),其水頭大于混合水頭,在地層薄弱處能頂破上層土的壓力,而造成管涌。運(yùn)用同位素示蹤方法,找到了發(fā)生管涌的原因,及時(shí)進(jìn)展了灌漿處理,防止了由于細(xì)顆粒的帶走而造成的地面不均勻沉降。4完畢語城市地區(qū)的地下水水位一般比擬淺,市政建立中有時(shí)必須對(duì)地下水進(jìn)展處理,在深基坑開挖過程中地下水的問題顯得非常突出,常用的地基處理方法有:深層攪拌法、地下連續(xù)墻,但有時(shí)由于施工緣故,隔水效果并不太好,基坑內(nèi)的抽水會(huì)引起周圍的不均勻沉降,因此如何判別基坑內(nèi)地下水的來源,地下連續(xù)墻的完好性以及