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双江口水电站地下厂房洞群渗流稳定性：模型构建与数值解析

一、引言

1.1研究背景与意义

随着我国水电事业的蓬勃发展，越来越多的大型水电站在复杂地质条件下兴建。双江口水电站作为国家“十二五”“十三五”“十四五”规划重点项目以及国家西部大开发重点工程，其建设对于优化能源结构、促进区域经济发展、提升下游城镇防洪能力等方面具有不可替代的重要作用。该水电站坝址位于大渡河上源脚木足河与绰斯甲河汇口处以下2km河段，地跨马尔康、金川两县，是大渡河流域干流规划28级电站的第5级电站，也是大渡河干流上游控制性龙头水库电站。其总投资366.14亿元，采用坝式开发，枢纽工程涵盖土心墙堆石坝、洞式溢洪道、泄洪洞、放空洞、地下发电厂房、引水及尾水建筑物等。电站装机容量200万千瓦，多年平均年发电量约77.07亿千瓦时，建成后每年可节约标煤约231万吨，减少二氧化碳排放560万吨。

在双江口水电站的建设中，地下厂房洞群作为关键部分，承担着安置发电设备、保障电力稳定输出的重要使命。然而，地下厂房洞群通常处于复杂的地质环境中，地下水的渗流作用对其稳定性构成了显著威胁。地下水的渗流可能导致洞室围岩的有效应力改变，进而引发围岩的变形、破坏，影响地下厂房的正常运行和长期稳定性。此外，渗流还可能引发渗漏问题，增加工程的运行成本和安全风险。因此，深入研究双江口水电站地下厂房洞群的渗流稳定性，对于保障工程的安全施工和长期稳定运行具有至关重要的意义。它不仅能够为工程设计提供科学依据，优化防渗排水措施，降低工程风险，还能为类似工程在复杂地质条件下的渗流稳定性分析提供宝贵的经验和参考，推动水电工程建设技术的发展与进步。

1.2国内外研究现状

在地下厂房洞群渗流稳定性计算分析方面，国内外学者开展了大量研究工作。在理论研究上，渗流力学理论不断完善，从经典的达西定律到考虑多相流、非饱和渗流等复杂情况的理论体系逐步建立。例如，以饱和-非饱和渗流理论为基础，推导了考虑降雨入渗的三维饱和-非饱和渗流数学模型，较好地解决了降雨入渗的数学建模问题。在数值计算方法上，有限元法、有限差分法等广泛应用于渗流场的模拟分析。如采用有限元方法对地下厂房洞室群的渗流稳定性进行数值计算，通过建立计算模型和确定参数，进行水文地质条件下的数值模拟，得到渗流稳定性的计算结果。

在排水孔幕和防渗帷幕的模拟与优化设计方面，也取得了一定成果。有研究通过真实模拟排水孔的位置而忽略其尺寸效应的方法来模拟排水孔的工作，运用有限元方法分析地下厂房的渗流场特性，在此基础上分析地下厂房洞室群防渗帷幕的渗流控制效果和排水孔幕的排水减压效果。还有研究在王镭等人所提出的“初始”排水子结构方法和朱岳明等人所完善的理论上严密的改进排水子结构技术的基础上，解决了某一地下厂房洞室群岩体渗流场的求解和这一实际工程复杂渗流特性与控制的应用研究。

然而，目前的研究仍存在一些不足。对于复杂地质条件下多因素耦合作用下的渗流稳定性研究还不够深入，如高地应力、复杂岩性组合与渗流的相互影响。部分研究中对渗流参数的确定不够精准，多依赖经验取值，缺乏现场实测数据的有效验证。在渗流稳定性评价指标体系方面，尚未形成统一、完善的标准，不同研究的评价方法和指标存在差异，给工程应用带来一定困难。

1.3研究内容与方法

本研究主要内容包括：全面收集双江口水电站地下厂房洞群区域的地层岩性、地质构造、地下水文地质条件等资料，构建准确的地质模型；依据地质条件和前期实测数据，合理确定渗透系数、孔隙度、饱和度等计算参数；采用有限元方法建立双江口水电站地下厂房洞群渗流稳定性计算模型，设定边界条件，输入地下水位变化情况，进行渗流通量和压力场的计算，深入分析地下厂房洞穴的渗流情况，得到渗流稳定性分析结果；根据计算结果，结合工程实际，对双江口水电站地下厂房洞群的渗流稳定性进行评价，提出针对性的渗流控制措施和建议。

研究方法上，采用资料收集法，广泛收集双江口水电站地下厂房洞群相关的地质勘察报告、水文地质资料、工程设计文件等，为研究提供基础数据。运用数值模拟法，利用有限元软件，如FLAC3D等，对地下厂房洞群的渗流场进行数值模拟，分析渗流稳定性。通过对比分析法，将模拟结果与现场监测数据进行对比分析，验证模型的准确性和可靠性，同时对比不同工况下的渗流稳定性，为渗流控制措施的制定提供依据。

二、双江口水电站工程概况与地质条件

2.1工程概况

双江口水电站坝址位于大渡河上源脚木足河与绰斯甲河汇口处以下2km河段，地跨四川省马尔康、金川两县。作为大渡河流域干流规划28级电站的第5级电站，它是大渡河干流上游控制性龙头水库电站，在整个大渡河流域水电开发中占据着核心位置。该电站总投资366.14亿元，枢纽工程采用坝式开发，包含