[发明专利]一种预测承压含水层减压降水引发地表沉降的方法

权利要求书

1.一种预测承压含水层减压降水引发地表沉降的方法，其特征在于，所述方法基于抽水试验，包括：

步骤一、基于地下水动力学的流向完整井的非稳定流理论，确定单井以恒定流量抽水时承压含水层中任意一点的水位降深；

步骤二、利用叠加原理，将步骤一求得的水位降深进行叠加，获得群井抽水时承压含水层中任意一点的水位降深；

步骤三、利用有效应力原理，将步骤二计算所得承压含水层中任意一点的水位降深转化为有效应力的增加，得到附加有效应力；

步骤四、将步骤三的附加有效应力带入单向压缩计算公式，得到承压含水层任意一点的压缩量的表达式，即为地表沉降的表达式；

所述单向压缩计算公式为：

式中，ΔS为承压含水层任意一点的压缩量，m；E为压缩模量，KPa；Δp为水位下降引起的附加有效应力，KPa；H为承压含水层的厚度，m；

所述地表沉降的表达式为：

上式中：J_i、K_i、L_i分别为与抽水流量Q_i、导水系数T、压缩模量E、含水层厚度H、储水系数S、水的重度γ_w有关的待定系数；t为抽水井工作时间；r_i为计算点到第i号抽水井的距离；n为抽水井的数量；

步骤五、根据群井抽水试验测得抽水井流量和地表沉降数据，对步骤四得到的地表沉降表达式中的待定系数进行拟合，确定地表沉降的最终公式，用该公式进行承压含水层减压降水引发的地表沉降的预测。

2.根据权利要求1所述的一种预测承压含水层减压降水引发地表沉降的方法，其特征在于，步骤一中，当抽水流量不变时，单井非稳定流运动满足的数学模型为：

上式中：r为计算点到抽水井距离，m；t为抽水井工作时间，h；s为水位降深，m；Q为抽水流量，m³/h；S为储水系数；T为导水系数，满足T＝KM，其中：K为渗透系数，m/h；M为含水层厚度，m。

3.根据权利要求2所述的一种预测承压含水层减压降水引发地表沉降的方法，其特征在于，求解所述数学模型得Theis公式，即其解表示为：

上式中：称为Theis井函数，其中为积分变量。

4.根据权利要求3所述的一种预测承压含水层减压降水引发地表沉降的方法，其特征在于，当抽水时间较长，t足够大之后，所述Theis公式近似表示为：

5.根据权利要求1所述的一种预测承压含水层减压降水引发地表沉降的方法，其特征在于，步骤二中，根据叠加原理，群井抽水在任意一点引起的水位降深等于各个单井抽水对该任意一点引起的水位降深的叠加，表示为：

上式中：s为水位降深，m；Q_i为第i号抽水井的平均抽水流量，m³/h；T为导水系数，满足T＝KM，其中：K为渗透系数，m/h；M为含水层厚度，m；S为储水系数；t为抽水井工作时间，h；r_i为计算点到第i号抽水井的距离，m；n为抽水井的数量。

6.根据权利要求1所述的一种预测承压含水层减压降水引发地表沉降的方法，其特征在于，步骤三中，承压含水层中有效应力的增加量等于承压含水层孔压的减少量，表示为：

上式中：Δp为水位下降引起的有效应力增量，KPa；γ_w·为水的重度，kN/m³；Q_i为第i号抽水井的平均抽水流量，m³/h；T为导水系数，满足T＝KM，其中：K为渗透系数，m/h；M为含水层厚度，m；S为储水系数；t为抽水井工作时间，h；r_i为计算点到第i号抽水井的距离，m；n为抽水井的数量。