[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

说明书

本发明提供一种预测承压含水层减压降水引发地表沉降的方法，包括：确定单井以恒定流量抽水时承压含水层中任意一点水位降深；利用叠加原理对水位降深进行叠加，得到群井抽水时承压含水层中任意一点水位降深；利用有效应力原理求得群井抽水引起的有效应力的增加；利用单向压缩公式求得承压含水层任意一点压缩量；根据群井抽水试验测得的抽水井流量和地表沉降数据，对地表沉降表达式中的待定系数拟合求参，求得地表沉降的预测公式进而用于预测承压含水层减压降水引发的地表沉降。本发明充分考虑场地实际工程条件，摆脱对精确土体参数的依赖，实现对承压含水层局部减压降水引发地表沉降准确预测。

技术领域

本发明涉及土木工程的地表沉降预测技术领域，具体地，涉及一种利用承压含水层群井抽水试验数据对地表沉降进行预测的方法。

背景技术

在上海、天津等沿海或沿江的城市，土体含水量量高，承压水头埋深浅，当基坑开挖深度较大时，承压含水层上覆土体不足以抵消承压水头的顶托作用时，就会引发突涌、坑底隆起、支护结构变形甚至塌方滑坡等基坑工程事故。因此，实际工程常采用抽水降压的方式消除承压水头对基坑工程的不利影响。承压含水层局部抽水降压改变了地下水渗流场，引起基坑周围下卧承压含水层水头的降低和有效应力的增加，使承压含水层发生固结压缩进而引发地面沉降。如何准确预测承压水层局部减压降水诱发的土体沉降变形，对于降低降水诱发的环境影响、保护场地周边建筑具有重要意义。

目前，许多学者对于预测承压含水层局部减压降水诱发的地表沉降进行过研究。2008年张勇等在《岩土力学》(2008，No.6，pp.1593-1596)中发表的“基坑降水引起地面沉降的实测预测”一文中利用非稳定流的水位降深公式、单向固结原理以及分层总和法编制计算降水引发地面沉降的计算程序。2008年李文广等在《地下空间与工程学报》(2008，No.1，pp.181-184)中发表的“深基坑降水引起的地面沉降预测”一文中首先利用Merchant流变模型求得降水诱发的深层土体的压缩变形，随后借助随机介质理论计算地面沉降的空间分布规律。2011年龚晓南等在《岩土工程学报》(2011，No.1，pp.145-149)中发表的“承压水降压引起的上覆土层沉降分析”一文中利用承压含水层完整井流理论和Mindlin基本解推导了承压水降压附加应力作用下的地面沉降公式。2013年王春波等在《同济大学学报(自然科学版)》(2013，No.3，pp.361-367)中发表的“非稳定承压水降水引起土层沉降分布规律分析”一文基于Mindlin位移解推导了承压含水层减压降水引起的土体沉降的公式。

利用上述方法均可求出承压含水层局部减压降水诱发的地表沉降，但在应用方面仍存在一些局限：一方面、上述方法均是建立在理想模型上的计算方法，不能充分反映场地实际的工程条件；另一方面、上述方法的求解对土体的压缩模量、泊松比、渗透系数等工程地质和水文地质参数具有较强的依赖性，目前精确测得上述参数还存在一定困难。

因此，提出一种既能反映现场实际的工程条件又能避免过分依赖精确的土体参数的地表沉降预测方法，具有重要的工程意义。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种预测承压含水层减压降水引发地表沉降的方法，该方法既能反映现场实际的工程条件，又能避免过分依赖精确的土体参数。

为实现以上目的，本发明提供一种预测承压含水层减压降水引发地表沉降的方法，所述方法利用地下水流向完整井的非稳定流理论的Theis近似解、叠加原理、有效应力原理、单向压缩公式，确定地表沉降的表达式，并利用抽水试验测得的抽水井流量与地面沉降观测点沉降量通过拟合的方式，确定地表沉降表达式中的待定系数，从而用于预测承压含水层减压降水引发的地表沉降。

所述方法包括如下步骤：

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；