基于的水库坝基渗漏三维数值模拟分析.pdf

水利工程:./.基于 的水库坝基渗漏三维数值模拟分析收稿日期:作者简介:龙文华()男高级工程师从事水工环地质、地质灾害防治研究龙文华 邱慧玲(广东省地质环境监测总站广东 广州)摘 要:以某水库为研究对象借助现有勘探和观测数据利用 地下水数值模拟软件在拟合不同地下水含水介质及心墙的渗透系数基础上模拟预测不同条件下坝基不同区域的渗漏量分析水库坝基渗漏原因和渗漏部位为水库防渗处理提供科学依据关键词:水库渗漏数值模拟中图分类号:.文献标识码:文章编号:()引言近年来为了合理有效的利用水资源水库大坝建设数量越来越多水库渗漏是水库建成运行过程中不可避免的问题渗漏形式为坝基渗漏、坝肩渗漏和绕坝渗漏主要表现为库水沿着岩石的孔隙、裂隙、断层以及溶洞向沟谷低地和地下水含水层渗漏水库的渗漏不仅会影响水库的效益发挥还容易诱发次生地质灾害和生态危害 库区渗漏量的估计常采用渗流理论公式的解析计算 和以有限元法为代表的三维数值模型计算 作为一款地下水可视化水流模拟软件具有界面友好、条理清晰、可视化程度高、菜单与程序模块化的特征并提供了比较好的模型数据前处理和后处理的环境 本文在现有勘探和观测数据基础上充分利用 的特点建立水库坝区地下水流数值模型模拟预测不同条件下的坝基渗漏量分析水库渗漏原因和可能的渗漏部位为水库防渗处理提供依据 工程概况该工程是以城市防洪和供水为主兼顾生态农业灌溉和发电等综合利用的大()型水利工程由主坝、副坝、左右岸泄洪冲砂洞、溢洪道、发电引水洞及电站等主要建筑物组成 主坝坝型为沥青混凝土心墙堆石坝坝顶设有钢筋混凝土防浪墙上游坝坡采用堆石护坡下游坝坡采用浆砌石网格内填碎石护坡河床覆盖层至基岩采用混凝土防渗墙进行防渗副坝位于左岸条型山脊上为折线形布置坝型为复核土工膜心墙砂砾石坝副坝防浪墙底部与复核土工膜相连土工膜底部与坝基灌浆盖板相接两侧与溢洪道侧墙及混凝土连接墙衔接 水库下闸蓄水后内部观测仪器数据显示水库有渗漏进行防渗处理后明流消失但后期坝基渗漏问题仍然较严重 库区水文地质概况.库区地质概况库区主要地层岩性为分布在坝址区右坝端外及河床深部的前震旦系()混合花岗片麻岩分布于左右坝肩、厚度较小的侏罗系()凝灰质砾岩近水平分布于坝址区整个河谷的第三系中新统()粉砂岩多期喷发、分布于坝址区及其两岸的第三系上新统()玄武岩其各期玄武岩呈互层状柱状节理发育有 组主要的节理分布于库区河谷内的第四系全新统()冲洪积卵砾石、含黏性土卵砾石、黏土质卵砾石.库区水文地质条件库区地下水包括松散类孔隙含水介质、基岩裂隙含水介质及碎屑岩类孔隙裂隙含水介质 类 混合花岗片麻岩渗透系数较小为相对隔水层)松散类孔隙含水介质:分布于连续河谷区靠近两岸部位尖灭 上部岩性为卵砾石厚度为 渗透系数大含水层透水性强下部为含少量细粒土卵砾石厚度 河谷中部分布连续靠近两岸部位尖灭渗透系数小于上部)基岩裂隙含水介质:分布于两岸及坝基第四系覆盖层以下岩性为玄武岩其赋水性不匀透水性变化较大水平径流强度大于垂直径流强度两岸玄武岩渗透性大于河床部位玄武岩 该含水层与松散类孔隙含水层组成统一的潜水含水层)碎屑岩类孔隙裂隙含水介质:分布于坝基深层玄武岩下部岩性为卵砾石多为半成岩状局部破碎松散孔隙大透水性强具承压性其补给来源主要是水库上游河水及两侧山体的裂隙水补给 水文地质概念模型.模型范围和边界条件.模型范围根据库区水文地质条件、防渗体结构、主副坝位置、第 卷 第 期 年 月 山西建筑 .数值模拟目的同时考虑库水位变化对坝区地下水的影响等因素模型范围以坝轴线为中心向上、下游延伸上游边界距坝轴线 下游边界距坝轴线 左侧由右坝肩外延 为界右侧以副坝外侧沟谷为界(见图)面积为 图 1模型范围示意图模型范围.边界条件因为本次模拟仅考虑库水位变化影响且与地下水侧向径流相关的资料缺乏所以模拟时忽略地下水侧向径流本身对地下水的影响将上下游地下水边界概化为定水头边界()水库大坝两端延伸边界为通用水头边界()出水点附近为线性排水渠()边界类型及分布如图 所示黑色线为通用水头边界，点划线为定水头边界，虚线为线性排水渠图 2模型边界示意图.水文地质结构模型.三维地质模型根据区内的钻孔、坝址、地形地貌等数据将研究区从上至下分为第四系冲洪积物、第三系上新统玄武岩、第三系中新统砂砾岩、侏罗系凝灰质砾岩及前震旦系混合花岗片麻岩 层(见图)图 3三维地质模型示意图（实体）BaTiQN2N1AnzMaterials坝体第四系第三系上新统玄武岩第三系中新统砂砾岩侏罗系凝灰质砾岩与前震旦系混合花岗片麻岩合层.垂向结构概化根据坝址区的水文地质条件垂向上将地下水系统概化为六层(见图)结合 软件的特点每层在整个模型范围内必须连续分布图 4数值模型结构示意图BaTiQ_1Q_2N2N1AnzMaterials第 1 层第 2 层第 3 层第 4 层第 5 层第 6 层 地下水流数值模型.数学模型根据地下水动力学理论和已建立的水文地质概念模型建立库区各向异性三维稳定地下水数学模型(见式():()()()()()其中均为含水层水平渗透系数/为含水层水位 均为坐标位置为初始水位为边界条件.数值模型结构.空间离散按照矩形网格剖分将研究区剖分为 行、列 层每层 个网格其中活动单元 个非活动单元 个 坝体心墙及左右坝肩附近进行了适当加密(见图)图 5模型剖分示意图（平面）建模过程中将全区统一概化为 个含水层.定解条件的处理)初始水头:由各地下水位观测点观测水位插值确定)定水头边界:坝轴线上游定水头边界取库水位标高为.水库水面范围为定水头边界取库水位标高为.下游定水头边界水位根据地形标高及地下水位标高关系由软件确定侧向边界为通用水头边界)出水点边界:出水点边界按照排水渠确定.模型的识别拟合首先采用 进行自动参数识别然后再根据水文地质条件人工进行参数调整最终识别出符合实际水文地质条件的参数.模型的识别利用现有钻孔水位进行参数识别及验证重点通第 卷 第 期 年 月 山西建筑 过各含水层参数的调整来达到单点观测水位与计算水位的拟合 拟合水位误差大部分小于.(如图 所示)图 6单点拟合效果示意图HG7Y5HG8HG9Y4 HG10L8ZK4FBK4FBK2FBK3L5L4L2HG1ZK2ZK3K2Y3Y2Y1K4 K6 K7K8K5JSK1.现状渗漏量模型识别的同时计算出现状条件下(库水位为.)水库库区总渗漏量为 ./其中明渠排泄量为./(年实测流量./)地下径流量为 ./坝体部位第四系地层渗漏量最大(./)坝体与玄武岩的接触部位渗漏量(./)次之第三系砂砾岩层渗漏量(./)较小 现状条件情况下坝体、第四系地层及坝基深层玄武岩下部的第三系半胶结砂砾岩均存在渗漏主要渗漏地段位于主坝两侧坝体和第四系地地层其次为主坝和副坝坝基深层玄武岩下部的第三系半胶结砂砾岩这与前期勘探成果相符.渗漏量预测按照仅改变库水位、防渗处理而不改变库水位 个场景进行预测.改变渗漏量预测场景 为边界条件不变(不做防渗处理)库水位由.蓄水至 的情况 根据识别后的模型预测水库的总渗漏量为 ./其中明渠排泄量为./比 年实测流量(./)增加了 地下径流量为 ./比现状地下径流量(./)增加了 主坝下游观测孔的水位变幅最大(.)地下水水位主要受明渠排泄的影响较大.库坝防渗体修复后的渗漏量预测场景 为库坝防渗体修复后其防渗体的渗透系数减小库水位仍为.的情况 根据识别后的模型对防渗体的渗透系数进行重新赋值后预测库坝渗漏量预测水库的总渗漏量为 ./其中明渠排泄量为 ./比 年实测流量减少了.地下径流量为 ./比现状地下径流量减少了.库坝防渗体修复后主坝心墙下游水位明显降低(见图)图 7心墙下游观测孔地下水水位对比图K4K6K7K8694692690688686684682680678676现状水位标高；预测水位标高水位标高/m 结论通过本次模拟发现现状条件下坝体、第四系地层及坝基深层玄武岩下部的第三系半胶结砂砾岩均存在渗漏主坝两侧坝体和第四系地地层为主要渗漏地段其次为主坝和副坝坝基深层玄武岩下部的第三系半胶结砂砾岩 后期水库管理单位根据本次预测结果在相应位置进行防渗处理后有效解决了库坝的渗漏问题参考文献:杨雄兵.某水库坝基渗漏规律与模式研究.兰州:兰州大学.吴广平杨良权汪德云等.天开水库渗漏计算及防渗研究.水利水电技术(增刊):.吴先敏李玉莹高峰等.平原水库渗流边界及浸没影响分析研究.水利规划与设计():.阿尔欣斯拉木江杨晓军.巴喀勒克水库坝址渗漏分析.中国水运():.杨学亮蒋 涛.某水库右坝肩古河槽绕坝渗漏问题分析.水利科技与经济():.张瑜.三道湾水电站左坝肩绕坝渗漏量估算及渗透稳定分析.甘肃水利水电技术():.邓春生赵坚任杰等.古河槽深覆盖层渗流控制措施.武汉大学学报(工学版)():.崔炜马军朱银邦等.水库库区渗漏的三维数值模拟及处理措施影响分析.水利水电技术():.毕海英.三座店水库防渗处理关键部位灌浆施工技术.内蒙古水利():.第 卷 第 期 年 月 龙文华等:基于 的水库坝基渗漏三维数值模拟分析:./.汉江雅口航运枢纽工程地基处理优化设计收稿日期:作者简介:郭玉涛()男硕士工程师从事水利水电工程施工工作郭玉涛 李润杰 黄智超(.中国葛洲坝集团市政工程有限公司湖北 宜昌.湖南省水利水电勘测设计规划研究总院有限公司湖南 长沙)摘 要:根据现场地基处理试验效果结合汉江雅口航运枢纽工程地质情况成功引进了建筑业常用的长螺旋钻孔压灌桩地基处理技术取得了良好的工程效果为水利工程地基处理施工提供了新方法促进了长螺旋钻孔压灌桩技术的推广应用同时也为各种工程项目之间相互借鉴施工技术提供了思路关键词:地基处理汉江雅口航运枢纽建筑业长螺旋钻孔压灌桩中图分类号:文献标识码:文章编号:()引言任何水工建筑物都是建造在一定的地层上的承受建筑物荷载的地层称为地基当天然地基承载力不满足要求或最大沉降量或最大沉降差达不到要求时应采取措施进行地基处理 水利工程常用的几种地基处理方法有:换土(砂)地基、钻孔灌注桩、预制桩、水泥搅拌桩、高压喷射灌浆、水泥粉煤灰碎石桩、强夯法、沉井、排水固结法、加筋法等 但是这些地基处理的方法均有其地层适用的局限性同时功效低、成本高 本文通过汉江雅口航运枢纽工程地基处理优化设计引进了建筑业常用的长螺旋钻孔压灌桩地基处理技术取得了良好的工程效果为水利工程地基处理施工提供了新方法同时也为各种工程项目之间相互借鉴施工技术提供了思路 工程概况.工程简介雅口航运枢纽位于汉江中游丹江口钟祥河段、湖北省宜城市下游.处上距丹江口水利枢纽 下距河口 是汉江干流湖北省内梯级开发中的第 级其上下游分别与崔家营梯级和碾盘山梯级衔接距上游崔家营梯级约.距下游碾盘山梯级约.枢纽正常蓄水位.相应库容.亿 装机容量 航道等级为()级设计通航船舶吨级为 主要建筑物包括船闸、泄水闸、发电厂房、土石坝、坝顶交通桥、鱼道等工程 工程开发任务以航运为主结合发电兼顾灌溉、旅游等综合利用效益.工程地质坝址区河谷开阔呈浅“”形河床宽浅地形上左岸为河漫滩其后缘接基岩岸坡岸坡顶部为级阶地右岸为级阶地宜西堤位于级阶地 基岩为新近系掇刀石组黏土岩夹泥灰岩、粉(细)砂岩、砂砾岩透镜体成岩程度差、属极软类岩石 河床覆盖层为第四系全新统冲积堆积物主要由砂卵砾石组成堆积韵律呈上细下粗的总趋势.建筑物建基面情况)泄水闸闸室及船闸部分导航墙基础坐落于覆盖层的砂砾石层上局部分布有粉细砂夹层工程性质较差根据建筑物结构进行受力计算泄水闸闸室最大地基应力为 最大沉降量.船闸部分导航墙最大地基应力为 最大沉降量.天然地基不能满足水闸设计规范 及船闸水工建筑物设计规范对建筑物正常运用要求需通过地基处理方式以提高地基承载力并减少地基沉降 ():.:第 卷 第 期 年 月 山西建筑 .