坝址区三维渗流场数值模拟及监测成果对比

通过Visual MODFLOW软件对某水电站的坝址区进行三维渗流场数值模拟,分析在正常蓄水位条件下坝址区的渗流场分布特征,渗流量大小等。发现渗流绕过灌浆帷幕和混凝土防渗墙后,水头损失明显,坝后压重平台坡脚有渗流溢出,渗流主要是库水绕过防渗墙底部,通过坝基覆盖层(1)、(2)向下游渗透。模型计算的三维渗流场与监测成果对比显示,二者分布特征大体一致,存在的一定差异是模型对坝体结构进行了概化,以及模型未能完全模拟地质条件的复杂性所造成。     

水库岩体三维渗流分析及坝基渗漏控制

为探索切实可行的水库坝基渗漏控制措施,以江西一中型水库为例,结合坝址区水文地质条件构建地下水渗流过程的三维数值模型,并基于长期渗流监测结果,进行了坝基岩体渗透系数的反演,根据所得到防渗帷幕施工前后渗透参数变动规律,对造成水库坝基渗漏的主要原因展开探讨。结果表明,防渗帷幕施工前后坝基岩体渗流参数存在较大差异,且坝基岩体内所存在的岩溶通道是引发防渗帷幕施工前坝基渗漏的主因;帷幕施工后对坝址区渗漏控制效果显著。分析过程及结果可为类似水库工程坝基防渗提供借鉴。     

坝址温度场与变物性渗流场全耦合分析

如果仅考虑流体性质受温度的影响，可得多孔介质渗透系数与温度之间存在线性关系，利用相关数据，计算得知渗流场对温度较为敏感。从温度变化引起水的密度和粘度的变化来考虑温度场对渗流场的影响，建立了温度场和变物性渗流场的瞬态全耦合数学模型，并初步探讨了这种全耦合模型的求解思路。采用FEMLAB软件，在原有模型的基础上做了二次开发，从而实现了该全耦合问题的有限元求解。结合工程实例，对所建的坝址温度场与变物性渗流场全耦合模型做了数值验证。计算结果表明，全耦合模型在求解问题时，坝址区温度升高，渗流流速普遍降低；温度场变动比较小，而渗流场变动相对大一些。     

黄河上游某水电站右岸坝肩渗漏数值模拟分析

拟建电站位于青海省黄河干流上,两岸的岩性特征存在明显差异,因此掌握并区别两岸地下水的特征和差异显得十分重要。本文运用Visual Modflow三维渗流计算软件对电站坝址区地下水天然渗流场的特征进行模拟,并在此基础上模拟蓄水后坝址区两岸的地下水渗流场特征。确定蓄水后坝址区可能的渗漏区域,并根据模拟计算出的两岸渗漏量确定两岸不同的防渗帷幕布置方案。     

坝址温度场与变物性渗流场全耦合分析

在只考虑流体性质受温度的影响条件下,根据多孔介质渗透系数与温度之间存在的线性关系,利用相关数据,分析了渗流场对温度较为敏感的敏感性。从温度变化引起水的密度和黏度的变化来考虑温度场对渗流场的影响,建立了温度场和变物性渗流场的瞬态全耦合数学模型,并初步探讨了这种全耦合模型的求解思路。采用FEMLAB软件,在原有模型的基础上做了二次开发,从而实现了该全耦合问题的有限元求解。通过工程实例,对所建的坝址温度场与变物性渗流场全耦合模型做了数值验证。计算结果表明,采用全耦合模型求解渗流问题时,坝址区温度升高,渗流流速普遍降低;温度场变动比较小,而渗流场变动相对大一些。     

渗透系数空间变异性对堤基渗透稳定影响的数值模拟

土性参数变异性较大是堤防工程风险管理面临的问题之一。在分析土体渗透系数空间变异性的基础上,通过随机数值模拟研究了堤防渗流场统计特征和堤基渗透稳定性。将土体渗透系数作为随机场,采用转动带法进行随机抽样模拟,通过蒙特卡罗方法分析渗流场分布,并计算堤基渗透失稳概率,结合堤防工程进行了计算分析。结果表明,渗透系数的空间变异性对渗流场有较大影响,随渗透系数和临界比降的变异性增大,容易造成局部渗流集中,堤基渗透失稳概率增大。     

利用天然与人工示踪法探测岩体裂隙渗流构造及渗透性研究

本文论述了拉西瓦水电站石门坝址同位素示踪探测岩体裂隙渗流中，所采用的天然示踪法与人工非示踪法以及其基本原理。天然条件下测定孔中及河水中的温度与电导，人工同位素示踪测定单井中测渗透流速、流向、渗透系数及含水层之间的补给关系，注水条件下示踪测定含水层分布、渗透系数及静水头等；以及进行天然流场与人工流场下的多孔连通试验。通过一系列的综合测试研究，查明了该坝址岩体的裂隙渗流网络及其渗透性。     

峡谷区岸坡岩体渗透性分布规律浅析

深切峡谷区河岸两侧岩体是水电工程建设的重点关注对象,其渗透特性的准确评估是边坡及地下工程防渗排水系统设计的基础,也是工程区渗流场分析与渗控效应评价的关键。通过对峡谷区多个水电工程坝址区水文地质资料进行统计分析,探究峡谷区岸坡岩体渗透特性分布规律。结果表明,岩体初始渗透系数主要受裂隙初始张开度等的影响,而衰减系数则主要是受岩性和地应力条件的影响;风化卸荷岩体的初始渗透系数和衰减指数均大于无卸荷微新岩体;风化卸荷岩体的渗透性主要受风化和卸荷作用控制,渗透系数较大,微新岩体由于风化卸荷作用的减小,自重应力成为渗透性的主要控制因素,且渗透性较为微弱。     

江坪河面板堆石坝渗流场模拟与防渗体系评价

面板堆石坝坝址区常存在岩溶及不良地质构造,可能引发渗漏问题,渗流控制对于高面板堆石坝的安全稳定运行至关重要,工程中广泛采用灌浆帷幕及排水孔进行渗流控制。采用排水子结构与含自适应罚函数的Signorini变分不等式相结合的渗流分析方法(SVA法),对江坪河水电站开展坝址区三维渗流场分析,并对该工程的渗控措施效果进行评价。渗流分析结果表明:江坪河高面板堆石坝主要采用的混凝土面板、趾板、灌浆帷幕形成的闭合防渗体系,可以截断渗漏通道,有效地降低大坝堆石区及下游岩体的渗透坡降,保证坝体及岩体的渗透稳定性。     

江口水电站坝址区三维渗流计算分析

 针对江口水电站坝址区地质条件，在水平和垂直方向同时进行了渗透性分区；采用三维有限元法，并考虑了岩体各向异性的特点和降雨入渗补给边界，对坝址区渗流场进行了计算分析。该计算模型能真实反映实际情况。通过计算，论证了现有防渗帷幕和排水设计方案的明显渗控效果，同时为设计提供了可靠的依据。     

坝基岩体裂隙渗流效应数值模拟方法

为获取工程尺度的裂隙岩体三维渗流效应,在裂隙岩体基质岩块和裂隙水力传导特性研究基础上,推导了含裂隙单元渗透系数表达式。基于嵌入裂隙单元（EFE）模型,使用离散裂隙网络（DFNs）技术与连续介质渗流分析方法,提出了利用连续介质渗流分析方法模拟非连续介质渗流效应的数值模拟技术,通过算例对该方法的有效性进行了验证,分析了单元尺度大小对该方法计算准确性的影响,并提出了提高计算精度的措施。工程实例研究表明裂隙岩体渗流分析的EFE模型能够真实地模拟坝基岩体渗流路径和孔隙压力分布,更好地揭示坝基的扬压力实际非规则分布形态。     

Seepage simulation of high concrete-faced rockfill dams based on generalized equivalent continuum model

This research focused on the three-dimensional (3D) seepage field simulation of a high concrete-faced rockfill dam (CFRD) under complex hydraulic conditions. A generalized equivalent continuum model of fractured rock mass was used for equivalent continuous seepage field analysis based on the improved node virtual flow method. Using a high CFRD as an example, the generalized equivalent continuum range was determined, and a finite element model was established based on the terrain and geological conditions, as well as structural face characteristics of the dam area. The equivalent seepage coefficients of different material zones or positions in the dam foundation were calculated with the Snow model or inverse analysis. Then, the 3D seepage field in the dam area was calculated under the normal water storage conditions, and the corresponding water head distribution, seepage flow, seepage gradient, and seepage characteristics in the dam area were analyzed. The results show that the generalized equivalent continuum model can effectively simulate overall seepage patterns of the CFRD under complex hydraulic conditions and provide a reference for seepage analysis of similar CFRDs.     

川西高原某水库坝址区渗流场模拟及渗漏量计算

为定量评价某水库坝址坝肩渗漏量,以期为大坝防渗处理提供依据。运用Visual MODFLOW三维渗流软件,模拟坝址区在水库蓄水前后的三维渗流场,同时计算坝址断面处水库蓄水前的渗流量和水库蓄水后的渗漏量。模拟结果表明由于大坝的修建,坝址上游的地表水位抬升,使得地下水流动方向发生逆转,坝址断面处的渗漏量也有较大增长,工程对区域地下水环境造成了较为明显的影响。故从工程安全角度考虑,需要对坝基、坝肩进行防渗处理。     

岩溶发育地质条件下的库区三维渗流场分析及渗控效果评价

我国是世界上岩溶地貌分布较为广泛和典型的国家之一,因而在岩溶发育地质条件下建库筑坝成为坝工界普遍重视的技术难题。库址区的渗流分析和控制评价是大坝设计及运行过程中的一个重要环节,对库址区岩土体及水工建筑物的安全和水库运行的经济合理性有着重要的影响。选取某岩溶发育地质条件下的水库大坝工程,结合工程特点,建立反映主要坝体结构和库址区水文地质特征的渗流分析三维有限元模型,采用饱和-非饱和渗流计算理论计算分析运行期库址区渗流场,并研究库址区坝体、坝基及两岸岩体渗流特性和变化规律,进而对工程所采取的防渗体系的合理性进行评价。结果表明：设计防渗体系能够有效降低库址区地下水位,库址区各部位渗透坡降总体较小,能够满足渗透稳定要求,并且在当前防渗系统作用下,库址区渗漏量得到有效控制。     

Stochastic simulation of fluid flow in porous media by the complex variable expression method

A stochastic simulation of fluid flow in porous media using a complex variable expression method (SFCM) is presented in this paper. Hydraulic conductivity is considered as a random variable and is then expressed in complex variable form, the real part of which is a deterministic value and the imaginary part is a variable value. The stochastic seepage flow is simulated with the SFCM and is compared with the results calculated with the Monte Carlo stochastic finite element method. In using the Monte Carlo method to simulate the stochastic seepage flow field, the hydraulic conductivity is assumed in three different probability distributions using random sampling method. The obtained seepage flow field is examined through skewness analysis, and the skewed distribution probability density function is given. The head mode value and the head comprehensive standard deviation are used to represent the statistics of calculation results obtained by the Monte Carlo method. The stochastic seepage flow field simulated by the SFCM is confirmed to be similar to that given by the Monte Carlo method from numerical aspects. The range of coefficient of variation of hydraulic conductivity in SFCM is larger than used previously in stochastic seepage flow field simulations, and the computation time is short. The results proved that the SFCM is a convenient calculating method for solving the complex problems.     

NUMERICAL MODELING FOR POSITIVE AND INVERSE PROBLEMS OF 3-D SEEPAGE IN DOUBLE FRACTURED MEDIA

Three-dimensional seepage in double fractured media was modeled in this paper. The determination of hydraulic conductivity tensor of rock mass is a vital problem for the sea water intrusion or sea water encroachment and seepage of fissured medium. According to the geological and hydrogeological conditions for the Three Gorges Project (TGP),2nd stage construction of the Three Gorges Project(TGP),the physical and mathematical models for the groundwater movement through the 3D double fractured media of rock mass during construction were established in this paper. Based on discontinuity control inverse theory, some related parameters of double fractured media were inversed with flux being the known quantity and calibration of water table the objective function. Synchronously, the seepage field of the construction region was systematically analyzed and simulated, the results of which exhibit that the double fractured media model of fracture water can comprehensively and correctly describe the geological and hydrogeological conditions in the construction region.     

基于示踪试验的多重裂隙网分级与渗透参数确定

裂隙岩体渗漏已经成为危害水库坝体和地下厂房的重要问题,由于裂隙岩体中存在不同规模的裂隙,因此研究裂隙网络中地下水流运动规律有助于解决地下工程的防渗问题。以某抽水蓄能电站为例,在上水库和地下厂房之间进行了现场示踪试验,根据试验结果对裂隙网络进行了多重分级,并计算了各分级裂隙网络的渗透参数。结果表明:各渗透参数基本随着裂隙网络级数的增加而减小,且各分级网络的渗漏量与导水系数成正比,同时室内试验结果也验证了这一规律的正确性。因此,多重裂隙网络的分级有助于确定裂隙岩体渗漏通道的规模,为裂隙岩体渗流的计算提供可靠的渗透参数,从而为地下工程的防渗提供依据。     

小湾电站坝址区渗流与应力场耦合分析

本文研究了小湾电站坝址区岩体渗流场与应力场的耦合相互作用，并结合右坝肩Ｆ１１断层的特性，探讨了裂隙内具有不同填充物情况下，裂隙表面分形对裂隙渗流和应力的影响，通过数值分析，得到了场耦合情况下的渗流分布及断层Ｆ１１在不同应力水平下的分维数－渗流量、不同分维数下的应力－裂隙开度、应力－流量关系曲线。     

考虑渗流和应力相互作用下高坝坝基参数的相关性

高坝坝基处在渗流应力耦合作用的水文地质工程地质环境，涉及的物理力学参数及水力学参数之间存在着显著的多重相关性，本文引入偏相关系数度量这种相关关系，综合考虑河床典型基岩的力学参数、水力学参数及其荷载效应。作为算例，对水布垭工程典型坝段基岩的水力力学参数的相关性进行了研究。计算得到这砦参数之间的简单相关关系和偏相关关系，结果表明偏相关系数能很好的解释各类参数间相互关系的物理意义。特别是在对高坝坝基进行参数敏感性分析和可靠度风险研究时，考虑这种相关性才是完整合理的。     

考虑水流温度影响的三维岩体裂隙网络非稳定渗流场数值分析

水流温度对裂隙岩体中渗流场分布规律的影响是岩体水力学研究的热点问题。在分析水流温度对裂隙水流影响机理的基础上,建立了考虑水流温度影响的岩体裂隙渗流场数学模型,采用有限元法对其进行数值求解。研究结果表明：考虑水流温度影响较不考虑水流温度影响的渗流场水头值普遍偏高;水流温度对渗透系数的影响在水流温度影响渗流场分布的过程中起主导作用;裂隙宽度越大,水流温度对裂隙渗流场的影响越明显。