周宁水电站地下厂区渗透安全和排渗优化研究1讲义.pptVIP

1.问题的提出 2.工程地质和水文地质条件 3.渗流分析模型建立 4.渗控优化设计与渗透安全分析 5.结 语 ⑴ 周宁水电站地下厂区及竖井处岩石为微风化-新鲜， 围岩类别多属Ⅰ、Ⅱ类，地质条件良好； ⑵ 地下水类型为基岩裂隙水，富水构造为断裂破碎带及 断层交汇处，其余部分基本不透水，补给来源主要为降水； ⑶ 地下水位埋深20～50m，最深达100多m，厂房埋深为 地表下250~300m； ⑷ 厂区西部地势陡峻，故排泄条件好。 3.1 稳定渗流有限元计算基本格式 ⑴ 将岩体视为等效连续各向异性介质； ⑵ 地下水运动服从不可压缩流体的饱和稳定渗流达西定律 ⑶ 利用渗流连续性方程，建立单元体及整体稳定渗流矩阵： 3.2 各向异性介质的排水孔模型建立 ⑴ 排水孔是一种极为重要的渗控措施； ⑵ 本工程所采用的排水孔孔径较小（5和10 cm），排列 密集且数量众多，致使渗控分析时模拟排水孔困难； ⑶ 本文采用一种将解析法和有限元法相结合的近似方法， 将排水孔的作用效应，以排水孔的空间位置、走向及边界性质 等几何参量加以描述，具有较高的模拟精度和灵活性。 式中，n——为排水孔段个数； S0——为n个排水孔段几何形心处的降深； Ln——为n个排水孔段平均长度的一半； F0i——为第i个排水孔段对n个排水孔段几何形心处降深的影响函数。 最后，根据渗流区域属性，将总体排渗流量分配于单元 节点即可得到等效节点流量。 3.3 渗流有限元计算模型建立 计算范围及边界条件： ⑴ 西侧上游边界至高压竖井以 西200m，东侧下游边界至穆阳溪， 北侧、南侧取至地下水分水岭； ⑵ 四周边界水位取天然地下 水位（定水头），底部边界视为不 透水层，上边界取地表面； ⑶ 整个区域共剖分成34182个 八节点等参单元，35255个节点。 4.1渗控优化研究——总体设计原则“上防下排” 本工程渗控优化布置主要考虑内容：T型排水廊道优化布 置；排水孔幕位置、孔距、孔深的优化选择；防渗帷幕的作 用；厂房洞室壁面边界条件的影响。 根据本工程实际情况，分析的重点范围是从岔管至主厂 房区段，共确定了26种渗控组合方案，限于篇幅，仅对几个 典型渗控组合方案（10种组合方案，见表1）的部分特殊结 点的外水压力值减少的效果及渗透安全进行分析评价。 5.1 渗控组合方案推荐 研究表明： ⑴ 设置两层“T”型排水廊道对降低高压钢管外水压力及厂 房洞室壁面的渗水压力效果较好； ⑵ 高压钢管前的防渗帷幕应该保留，并可适当加大范围； ⑶ 排水孔幕的孔距可取4.0m，孔深可取30米。 因此，推荐渗控组合方案4作为地下厂区排渗布置方案。 与已建和在建的工程（如：乌东德）相比，本工程渗控组 合方案比较简单、工程量小、投资省、渗透安全效果良好。 5.2 渗控系统优化布置及研究建议 ⑴ 排水系统的合理设置对降低高压钢管的外水压力及地 下厂房洞室壁面水压力的作用明显，特别是当厂房作用水头 较大时，增加排水廊道层数和加长排水孔深度十分必要； ⑵ 防渗帷幕的作用效果与其规模有关，在条件允许的情 况下，应适当加大防渗帷幕的范围。 ⑶ 渗控系统布置与工程地质、水文地质、枢纽布置等关 系密切，加强在“渗透介质模型建立与计算参数确定，渗流分 析方法改进，渗控手段丰富和精确设置”等方面的研究，对提 高渗控系统优化设计具有积极意义。 * * 土木工程概论 周宁水电站 地下厂区渗透安全和排渗优化研究 目 录： 1. 问题的提出 周宁水电站为混合开发 方式，总装机容量250MW， 厂区系统设置于地下，电站 作用水头特别大（加权平均 水头达422m）。由于岩体渗 流问题十分复杂、影响因素 多，且地下厂区渗控布置的 优劣，对工程安全、投资、 工期均有很大影响，深入研 究十分必要。 周宁水电站碾压混凝土重力坝 世界级巨型水电站乌东德（国内装机容量 第三： 12×85万KW=1020万KW ） 比较案例： 上图：渗控系统布置平面图 下图：渗控系统布置剖面图 （国家“十二五”支撑计划课题） 渗控系统布置图（工程量巨大）： 1.厂房顶部排水孔幕（全覆盖）； 2.上、中、下及四周垂直排水 孔幕； 3.不同高程处的4层排水廊道； 4.上游及右岸临江大规模封闭 帷幕灌浆。 2. 工程地质及水文地质 3. 渗流分析模型建立 式中， 为总体传导矩阵， 为等效节点流量， 为由初流量引起的等效节点流量， 为节点水头列阵。 （整体渗流矩阵-张量式） 3. 渗流分析模型建立 3. 渗流分析