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大岗山水电站是大渡河干流近期开发的大型水电工程之一,可研阶段采用混凝土拱坝结合地下厂房的枢纽布置方案,电站正常蓄水位1130m,最大坝高约210m,总库容约7.42×108m3,电站装机容量2600MW。其中地下厂房布置在左岸,由主厂房、主变室、尾水调压室三大地下洞室及母线洞、尾水连接洞等组成。
由于厂坝区各类岩脉和断层较发育,且岩体中还发育有5组裂隙,受这些因素控制,厂坝区岩体中的水文地质条件复杂,渗透特性在空间上具有明显的分区、分带和各向异性的特征。只有通过对厂坝区渗流场的计算和分析,才能较为真实地反映厂坝区特别是地下厂房区天然渗流场特征以及施工、运行期不同防渗、排水措施下的渗流场变化,这对水电站的设计工作,特别是渗流控制方案的决策至关重要。
为定量分析评价地下厂房区施工期和运行期的渗流场特征及不同渗控方案作用下的效果,本文以ANSYS软件为平台,采用有限元法研究地下厂房区,主要工作内容和特色如下:
1.根据厂坝区工程地质和水文地质条件,构建厂坝区天然渗流场的渗流模型,并对天然渗流场进行反演分析,确定出天然渗流场中裂隙岩体的渗透参数和水位边界条件,作为施工期和运行期地下厂房区渗控方案研究的依据。
2.研究地下厂房区施工期的三维渗流场,分析施工期的渗流场特征,对施工期渗控措施提出合理的建议。
3.研究地下厂房区运行期不同渗控方案的三维渗流场,通过计算比较分析,选择出地下厂房区相对合理的渗控方案,并针对该方案的进一步完善,提出了出相应的优化建议。
4.本文特色之一就是用渗透张量表征了裂隙岩体的渗透性,并用于三维渗流场的计算。由于厂坝区发育的岩脉(断层)和5组裂隙共同构成了厂坝区地下水的渗流通道,主要的岩脉(断层)可以在计算模型中通过单元来模拟其实际的大小、规模和产状,而裂隙由于其自身特点不可能通过物理模拟来实现,如何考虑多组裂隙对岩体渗透性的影响在研究区的渗流场计算显得尤为重要。本文根据开口立方公式,结合现场实际考察结果推算出的裂隙岩体渗透张量用于三维渗流场的计算,可供其它类似工程参考。
5.本文另一特色就是研究了不用严格模拟排水孔(幕)的实际尺寸,在渗透系数中反映排水孔(幕)的排水效果的方法,同时给出了排水孔在整体坐标系下的渗透张量表达式。在流量和水头等价原则基础上,通过改变等效渗透系数值,可以描述排水孔(幕)不同的排水效果(如井孔堵塞或部分失效等)。将排水孔作为强导水的介质结构并赋予等效渗透系数,这不仅符合渗流的物理条件,而且还弥补了以往排水孔模拟中由于人为给定水头所存在的理论缺陷。因此,本方法在理论和工程上都有一定的参考价值。