半承压含水层中地下水非稳定流参数计算

傅 莉

0 引言

上海软土地区浅部土层较为复杂，粘性土中多夹砂粉性土，形成的承压含水层上、下岩层不是绝对隔水的，其中一个或两个可能是弱透水层。当相邻两含水层存在水头差时，地下水便会从高水头含水层通过弱透水层越流补给低水头含水层，称这种含水层为半承压含水层。

目前国内外对半承压含水层的研究尚不深入，而工程实践证明由于未对这种含水层引起足够的重视而造成的突涌等事故时有发生。

为此，本文针对半承压含水层系统的结构特征结合实际工程建立了地质模型和数学模型，并通过直线图解法求得含水层的水文地质参数值，为保证工程设计和施工的顺利开展提供了数据支持。

1 工程概况

1.1 周边环境及地墙结构

某地铁基坑工程周边环境复杂，建筑物密集，地下管线较多，环境敏感性强，基坑降水及施工引起的风险大，沉降控制要求高。

拟建车站主要性质如表1所示。

表1 基坑开挖深度及围护深度

1.2 场地水文地质条件

根据研究区岩土工程勘察报告、水文地质勘察报告及收集到的区域资料，地下水类型有浅部粘性土层中的潜水、浅部粉性土层中的微承压水和深部粉、砂性土中的承压水。

场地微承压含水层④2层粘质粉土夹粉质粘土和⑤2层砂质粉土埋深在15.3 m～16.1 m之间。⑤3-1层具有弱透水性，与上覆⑤2层微承压水存在较大的水力联系，在设计中可将④2层粘质粉土夹粉质粘土、⑤2层砂质粉土以及⑤3-1层上部土层看成一个含水岩组，该弱透水层的存在使得围护深度在一定程度上未将该含水层隔断，因而坑内降水对周围环境产生了一定的影响，水文地质情况较为复杂。

2 解析法求参

根据半承压含水层水流的运动规律建立相应的偏微分方程，并赋予边界条件和初始条件(定解条件)构成数学模型用来描述一个特定的水流系统。

求解的方法通常有三种，即解析法、数值法和模拟法。其中解析法用起来比较简单，在数据充足的条件下应尽可能利用这种方法。

2.1 半承压含水层地质模型

通过对研究区地质条件进行概化后，得到如图1所示地质模型。

图1 地质模型概念图

2.2 数学方程

根据定流量抽水时的Theis公式，对半承压含水系统建立以下数学模型，半承压含水层系统示意图见图2。

图2 半承压含水层系统示意图

当在无界半承压含水层(不考虑弱透水层Ss)中完整井抽水时，有:

稳定时:

稳定态:

2.3 直线图解法求参

绘制Smax—lgr曲线，在区间呈直线关系，在图3上可求出直线部分的斜率i。

图3 最大降深与距离单对数曲线图

通过比较抽水试验和恢复试验两种方法计算的结果，取T=6.2 m2/d，④2，⑤2层含水层厚度取 12 m，得到:K=6.0 ×10-4cm/s，B=38.5，k′=5.2 ×10-5cm/s。

该数据较为客观地反映了该场区含水层的水文地质特性，所得成果可用于预测后期基坑工程水位降深动态变化情况，并为现场施工提供技术保障。

3 结语

1)上海软土地区半承压含水层的模型概化为上部承压含水层与下部弱透水层的方式是符合该流水系统的运动规律的。2)用直线图解法确定的水文地质参数用于预测基坑降水工程，可以准确地反映地下水的运动趋势，为今后的基坑降水和施工提供数据支持。

[1]郭志业.岩土工程中地下水危害防治[M］.北京:人民交通出版社，2009.

[2]傅 莉，周念清，江思珉.三门峡铝土矿地下水疏排数值模拟[J］.勘察科学技术，2008(5):46-49.