半承壓含水層中地下水非穩定流參數計算

傅 莉

0 引言

上海軟土地區淺部土層較為復雜，粘性土中多夾砂粉性土，形成的承壓含水層上、下巖層不是絕對隔水的，其中一個或兩個可能是弱透水層。當相鄰兩含水層存在水頭差時，地下水便會從高水頭含水層通過弱透水層越流補給低水頭含水層，稱這種含水層為半承壓含水層。

目前國內外對半承壓含水層的研究尚不深入，而工程實踐證明由于未對這種含水層引起足夠的重視而造成的突涌等事故時有發生。

為此，本文針對半承壓含水層系統的結構特征結合實際工程建立了地質模型和數學模型，并通過直線圖解法求得含水層的水文地質參數值，為保證工程設計和施工的順利開展提供了數據支持。

1 工程概況

1.1 周邊環境及地墻結構

某地鐵基坑工程周邊環境復雜，建筑物密集，地下管線較多，環境敏感性強，基坑降水及施工引起的風險大，沉降控制要求高。

擬建車站主要性質如表1所示。

表1 基坑開挖深度及圍護深度

1.2 場地水文地質條件

根據研究區巖土工程勘察報告、水文地質勘察報告及收集到的區域資料，地下水類型有淺部粘性土層中的潛水、淺部粉性土層中的微承壓水和深部粉、砂性土中的承壓水。

場地微承壓含水層④2層粘質粉土夾粉質粘土和⑤2層砂質粉土埋深在15.3 m～16.1 m之間。⑤3-1層具有弱透水性，與上覆⑤2層微承壓水存在較大的水力聯系，在設計中可將④2層粘質粉土夾粉質粘土、⑤2層砂質粉土以及⑤3-1層上部土層看成一個含水巖組，該弱透水層的存在使得圍護深度在一定程度上未將該含水層隔斷，因而坑內降水對周圍環境產生了一定的影響，水文地質情況較為復雜。

2 解析法求參

根據半承壓含水層水流的運動規律建立相應的偏微分方程，并賦予邊界條件和初始條件(定解條件)構成數學模型用來描述一個特定的水流系統。

求解的方法通常有三種，即解析法、數值法和模擬法。其中解析法用起來比較簡單，在數據充足的條件下應盡可能利用這種方法。

2.1 半承壓含水層地質模型

通過對研究區地質條件進行概化后，得到如圖1所示地質模型。

圖1 地質模型概念圖

2.2 數學方程

根據定流量抽水時的Theis公式，對半承壓含水系統建立以下數學模型，半承壓含水層系統示意圖見圖2。

圖2 半承壓含水層系統示意圖

當在無界半承壓含水層(不考慮弱透水層Ss)中完整井抽水時，有:

穩定時:

穩定態:

2.3 直線圖解法求參

繪制Smax—lgr曲線，在區間呈直線關系，在圖3上可求出直線部分的斜率i。

圖3 最大降深與距離單對數曲線圖

通過比較抽水試驗和恢復試驗兩種方法計算的結果，取T=6.2 m2/d，④2，⑤2層含水層厚度取 12 m，得到:K=6.0 ×10-4cm/s，B=38.5，k′=5.2 ×10-5cm/s。

該數據較為客觀地反映了該場區含水層的水文地質特性，所得成果可用于預測后期基坑工程水位降深動態變化情況，并為現場施工提供技術保障。

3 結語

1)上海軟土地區半承壓含水層的模型概化為上部承壓含水層與下部弱透水層的方式是符合該流水系統的運動規律的。2)用直線圖解法確定的水文地質參數用于預測基坑降水工程，可以準確地反映地下水的運動趨勢，為今后的基坑降水和施工提供數據支持。

[1]郭志業.巖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.三門峽鋁土礦地下水疏排數值模擬[J］.勘察科學技術，2008(5):46-49.