孟底溝水電站廠壩區(qū)三維滲流場(chǎng)分析及滲控效果評(píng)價(jià)

采用有限元法對(duì)巴底水電站大壩進(jìn)行三維滲流模擬研究,用等參六面體單元精確模擬了壩區(qū)各地層和壩體的空間分布,模擬了不同工況下大壩的滲流場(chǎng)分布規(guī)律,并分析計(jì)算了不同防滲措施下的水頭分布、單寬滲漏量和滲透坡降,以及對(duì)大壩滲流場(chǎng)的影響。結(jié)果表明:壩體采用瀝青混凝土心墻、壩基采用混凝土防滲墻滿足防滲要求。

運(yùn)用visualmodflow軟件對(duì)萬家口子水電站拱壩壩基滲流進(jìn)行了模擬研究,用六面體單元精確模擬了排水孔孔徑、孔深和孔距及帷幕的空間分布,同時(shí)對(duì)影響滲流場(chǎng)主要的滲流通道,如不整合面、斷層、裂隙帶等進(jìn)行了精確模擬,在此基礎(chǔ)上分析了壩基滲流場(chǎng)分布規(guī)律。綜合評(píng)估了壩基滲流場(chǎng)的主要滲流特性、宏觀滲流控制能力和局部滲流控制薄弱環(huán)節(jié)。研究表明,不整合面對(duì)壩基滲流特性影響很大,建議施工時(shí)應(yīng)盡量開挖到不整合面以下,或?qū)⑨∧淮┩覆徽厦嬉蕴岣哚∧坏姆罎B效果。

應(yīng)用有限單元法對(duì)大壩蓄水后的三維滲流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬研究，比較了各種滲控措施的效果，并提出了優(yōu)化方案。提出了能迅速精確模擬廠房周圍排水井列的新方法——附加滲徑元法，首次對(duì)具體工程雙道防滲墻局部損壞—開裂和開叉后滲流場(chǎng)的影響進(jìn)行了分析，并提出了允許縫寬和開叉高度

本文主要敘述二灘水電站樞紐工程地基三維滲流計(jì)算的研究成果及滲控措施的合理布局方案,計(jì)算成果表明:(1)二灘水電站樞紐工程地基的巖石比較完整,滲透性小,帷幕灌漿在減小揚(yáng)壓力方面作用不大,因此,地基的滲流控制措施應(yīng)以排水為主。(2)兩岸壩肩的抗力體帷幕和排水井傾向上游,這對(duì)降低壩肩的揚(yáng)壓力和地下水位起良好的作用,有利于壩肩穩(wěn)定。(3)壩后的排水線方向與流線垂直,排水效果好。(4)排水井井口高程低,排水效果好。

壩基滲流是威脅觀音巖水電站安全運(yùn)行的主要問題之一。針對(duì)觀音巖水電站壩區(qū)復(fù)雜的地質(zhì)條件和多重滲控措施,建立較為精細(xì)的壩區(qū)三維整體計(jì)算模型,采用基于計(jì)算流體力學(xué)(cfd)的三維非穩(wěn)態(tài)水氣兩相流滲流模型,對(duì)正常蓄水位下的壩基三維滲流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬,并重點(diǎn)分析了典型剖面的滲流特性和滲控措施的滲控效果。分析表明,壩基滲流場(chǎng)中的水頭、水力梯度、揚(yáng)壓力、滲流量等基本都在正常范圍內(nèi),不會(huì)對(duì)壩基滲流安全穩(wěn)定構(gòu)成較大威脅;防滲帷幕和排水系統(tǒng)的滲控效果顯著,有效改善了壩基滲流場(chǎng)的分布,滲控布置方案合理有效。

利用有限元滲流分析模塊,基于\"空氣單元\"法,針對(duì)戈蘭灘水電站6~#壩段壩基滲流量偏大問題,進(jìn)行三維滲流反演分析,通過多種工況計(jì)算,經(jīng)與實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì)比分析,認(rèn)為該壩段滲流量偏大的主要原因是帷幕防滲效果較差,采取補(bǔ)強(qiáng)帷幕可有效降低滲流量。

針對(duì)猴子巖面板堆石壩的壩體、壩基以及防滲帷幕等結(jié)構(gòu)進(jìn)行了三維建模。采用飽和穩(wěn)定滲流有限元法、滲流量插值網(wǎng)格法對(duì)猴子巖面板堆石壩進(jìn)行了三維滲流計(jì)算分析。重點(diǎn)研究了面板和防滲帷幕聯(lián)合作用下滲流場(chǎng)分布特征和防滲效果,探討了面板出現(xiàn)裂縫、墊層滲透性等對(duì)壩區(qū)滲流場(chǎng)的影響。

利用有限元滲流分析模塊,基于＂空氣單元＂法,針對(duì)戈蘭灘水電站6^#壩段壩基滲流量偏大問題,進(jìn)行三維滲流反演分析,通過多種工況計(jì)算,經(jīng)與實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì)比分析,認(rèn)為該壩段滲流量偏大的主要原因是帷幕防滲效果較差,采取補(bǔ)強(qiáng)帷幕可有效降低滲流量。

以西南某水電站為例,依據(jù)壩址區(qū)工程地質(zhì)條件構(gòu)建了邊坡三維模型,模擬了地形地貌、巖層分級(jí)和主要地質(zhì)結(jié)構(gòu)面,借鑒錦屏一級(jí)等類似工程資料確定霧化雨強(qiáng)度和影響范圍,以年均河床水位與地下水位為控制邊界條件進(jìn)行三維飽和非飽和降雨入滲計(jì)算。分析滲流結(jié)果表明,坡面平緩和坡腳處的壓力水頭明顯上升,距離壩址越遠(yuǎn)霧化降雨對(duì)邊坡影響越小。該方法結(jié)果合理,實(shí)用性強(qiáng)。

’噸；建箱柏，ii氛麗替三亂 1997年第2期●北水電總6o期 瀑布溝水電站三維非穩(wěn)定滲流有限元計(jì)算 午_旦毫／(水利水電科學(xué)研究院，北京，1004)_rz～ 墼豎(北京大學(xué)，北京，10871) 武桂生(水利水電科學(xué)研究院，北京，100044) 1工程概況 瀑布溝水電站位于大渡河中游．壩址多 年平均流量1230～l370m／s，總庫(kù)容5o余 億m，裝機(jī)容量330萬kw，多年平均發(fā)電量 140余億kwh。 該水電站主要水工建筑物有攔河大壩、 泄洪建筑物、引水發(fā)電建筑物、放空水庫(kù)用的 泄水建筑物及木材過壩建筑物等． 攔河大壩采用土質(zhì)直心墻堆石壩，壩頂 高程856m，最大壩高190m，上赫壩坡為 1：2．00～12．25，下游壩坡為ll2．00～ l2．20。心墻頂高程855m，心墻底高程66

鄭州大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題目水電站卷?yè)P(yáng)式 啟閉機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 院系機(jī)械工程學(xué)院 專業(yè)機(jī)械工程及自動(dòng)化 年級(jí) 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 2013年6月1日 i 摘要 啟閉機(jī)是水電站中用來調(diào)節(jié)閘門開度、起吊攔污柵，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)水流、攔洪蓄 水、排沙沖沙等目的的重要起重機(jī)械。啟閉機(jī)的生產(chǎn)質(zhì)量和工作性能，對(duì)水利水 電工程的正常運(yùn)行，乃至對(duì)人民的生命財(cái)產(chǎn)安全都至關(guān)重要。 本文在充分論證的基礎(chǔ)上，選定固定卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)和研究，把三維 建模和有限元分析方法引入啟閉機(jī)設(shè)計(jì)。首先，利用機(jī)械設(shè)計(jì)理論完成了固定卷 揚(yáng)式啟閉機(jī)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算；然后用solidworks軟件進(jìn)行了三維建模，得到其 三維實(shí)體模型，并利用solidworkssimulation插件對(duì)啟閉機(jī)機(jī)架進(jìn)行有限元分 析，這對(duì)提高啟閉機(jī)的設(shè)計(jì)質(zhì)量和改進(jìn)制造工藝具有一定的指導(dǎo)意義。 由于在設(shè)計(jì)時(shí)采用了先進(jìn)

寶珠寺水電站工程壩基有較發(fā)育的構(gòu)造及泥化夾層,大量排水將會(huì)導(dǎo)致災(zāi)難性的滲透變形。本文針對(duì)寶珠寺的地質(zhì)情況,進(jìn)行了壩基滲透變形的可能性分析,提出了控制措施—滲控設(shè)計(jì),并以三維電網(wǎng)絡(luò)法模擬試驗(yàn)進(jìn)行了復(fù)核,驗(yàn)證了滲控設(shè)計(jì)的可靠性。

錦屏二級(jí)水電站位于四川省雅礱江干流錦屏大河灣上,利用大河灣之間的水位落差,鑿洞引水發(fā)電,是雅礱江上裝機(jī)規(guī)模最大的水電站。其引水隧洞長(zhǎng)約18～20km,并具有超深埋、大直徑特點(diǎn)。工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件極其復(fù)雜,采用反演分析方法來修正確定水文地質(zhì)參數(shù);由于研究的范圍很大,而隧洞尺寸相對(duì)很小,計(jì)算模型采用大模型和小模型相結(jié)合的連續(xù)介質(zhì)模型,對(duì)大結(jié)構(gòu)面如斷層則采用薄斷層導(dǎo)水單元來模擬其導(dǎo)水率。通過計(jì)算分析研究,預(yù)測(cè)引水隧洞在施工中的最大滲水量,評(píng)價(jià)、分析和討論了隧洞開挖和形成后對(duì)周圍環(huán)境的影響,為設(shè)計(jì)施工提供參考依據(jù)。

在對(duì)江坪河水電站區(qū)域地應(yīng)力場(chǎng)特征進(jìn)行實(shí)測(cè)分析的基礎(chǔ)上,通過對(duì)三維模型施加不同的邊界載荷,對(duì)比分析應(yīng)力擬合點(diǎn)處的計(jì)算應(yīng)力與實(shí)測(cè)應(yīng)力,采用三維數(shù)值分析方法對(duì)水電工程壩址區(qū)初始地應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行反演分析。結(jié)果表明:江坪河水電站壩址區(qū)初始地應(yīng)力場(chǎng)量值較低,最大主應(yīng)力為2.5mpa,方向?yàn)閚45°w;最小主應(yīng)力為1.5mpa,方向?yàn)閚45°e。應(yīng)力擬合點(diǎn)處應(yīng)力計(jì)算值與實(shí)測(cè)值較為接近,表明反演得到的壩址區(qū)初始地應(yīng)力場(chǎng)是合理的,符合壩址區(qū)地質(zhì)構(gòu)造歷史背景。

拉西瓦水電工程壩址區(qū)為高山峽谷地貌,受地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力、自重、地表剝蝕和河流侵蝕卸荷等多因素影響而賦存有高地應(yīng)力,河谷區(qū)鉆孔巖芯餅化與探洞片狀剝落現(xiàn)象明顯。該區(qū)地應(yīng)力場(chǎng)及其空間分布特征與多期地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及河谷演化歷史等因素有關(guān),要合理確定其三維地應(yīng)力分布狀況與大小難度較大。為此,采用多元回歸與逐步回歸相結(jié)合的方法對(duì)工程區(qū)域初始地應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行了詳細(xì)反演。在此基礎(chǔ)上,深入研究了河谷區(qū)地應(yīng)力場(chǎng)的空間分布特征與規(guī)律,并就其形成機(jī)理開展了多因素影響效應(yīng)分析,可供我國(guó)高地應(yīng)力區(qū)水電工程建設(shè)參考。

基于小灣水電站壩址區(qū)工程地質(zhì)地形條件,研究分析了影響工程考察域初始地應(yīng)力場(chǎng)的基本因素及其空間分布,建立了壩址區(qū)三維有限元計(jì)算模型和初始地應(yīng)力場(chǎng)參數(shù)空間分布模型;利用大型通用有限元軟件msc.marc和地應(yīng)力實(shí)測(cè)資料,借助最小二乘法原理,以回歸精度為目標(biāo)函數(shù),優(yōu)化了構(gòu)造擠壓荷載的模擬和作用組合,實(shí)現(xiàn)了初始應(yīng)力場(chǎng)空間分布模型的參數(shù)估計(jì)。計(jì)算結(jié)果表明,改進(jìn)后的方法較傳統(tǒng)方法回歸精度有了較大提高,能較為合理地模擬小灣壩址區(qū)三維初始地應(yīng)力場(chǎng)。

結(jié)合某水電站壩區(qū)地形地質(zhì)條件,利用21個(gè)測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)資料對(duì)壩區(qū)的地應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行三維有限元回歸分析,揭示了該地區(qū)域內(nèi)巖體初始地應(yīng)力場(chǎng)的基本特征和分布規(guī)律,并研究了地質(zhì)構(gòu)造和左右岸各類結(jié)構(gòu)面對(duì)壩址區(qū)初始地應(yīng)力場(chǎng)的影響.

針對(duì)安寧水電站大壩的滲流穩(wěn)定問題,在典型剖面概化處理的基礎(chǔ)上,建立反映主要地質(zhì)構(gòu)造的計(jì)算模型,采用二維有限元滲流分析,得到不同防滲墻防滲深度下壩體和壩基各部位的滲透比降、浸潤(rùn)線高度及滲流量。通過分析比選,得到安寧水電站大壩防滲墻合理的防滲方案為覆蓋層全封閉87m防滲墻且墻下基巖不設(shè)置帷幕。

巖體初始地應(yīng)力場(chǎng)是地下洞室圍巖穩(wěn)定與支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所需要的基本因素之一,初始地應(yīng)力場(chǎng)是否可靠將直接影響到工程設(shè)計(jì)與施工的可靠性與安全性。結(jié)合某水電站廠區(qū)的地質(zhì)條件及地應(yīng)力實(shí)測(cè)資料,引入灰色控制系統(tǒng)理論,采用三維有限元法和采用靜態(tài)的三因素灰色計(jì)算模型gm(0,3)對(duì)廠區(qū)巖體初始應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行回歸反演分析。計(jì)算結(jié)果表明,廠區(qū)存在較大的水平向地質(zhì)構(gòu)造作用,巖體的地應(yīng)力由自重和構(gòu)造應(yīng)力疊加而成。實(shí)測(cè)點(diǎn)的計(jì)算應(yīng)力值與實(shí)測(cè)值在量值上和方向上都較為接近,表明經(jīng)過回歸得到的地應(yīng)力場(chǎng)是合理的,從而獲得地下廠房廠區(qū)初始應(yīng)力場(chǎng)較為合理的分布規(guī)律,為地下廠房的開挖模擬及穩(wěn)定性分析提供了合理的初始應(yīng)力場(chǎng)。

英布魯水電站樞紐整體三維滲流數(shù)學(xué)模型的模擬區(qū)域包括河床式水電站,泄水建筑物,左、右土壩及兩岸山體。設(shè)置有限元結(jié)點(diǎn)9400點(diǎn),空間單元4.6萬多個(gè),為大型水利樞紐整體三維滲流數(shù)學(xué)模型之一。文中導(dǎo)出了混合階空間4面體單元的滲透矩陣,建立了虛點(diǎn),虛元與空間單元沿縱向自動(dòng)剖分定向控制相結(jié)合的技術(shù),來反映土層尖滅以及土層和建筑物復(fù)雜的輪廓變化。該項(xiàng)研究成果為樞紐中的土壩方案優(yōu)選提供了論據(jù)。根據(jù)水電站樞紐整體三維模型計(jì)算成果提出的若干建議,已被工程設(shè)計(jì)部門采納。

聯(lián)合運(yùn)用固定網(wǎng)格的節(jié)點(diǎn)虛流量法及能嚴(yán)密地模擬排水孔實(shí)際滲流行為的排水子結(jié)構(gòu)技術(shù),對(duì)糯扎渡水電站地下廠房區(qū)滲流場(chǎng)進(jìn)行了三維整體有限單元法分析研究.結(jié)合工程的現(xiàn)擬滲控設(shè)計(jì)方案經(jīng)多種工況的求解,較詳細(xì)地分析了該電站地下廠房區(qū)的滲流場(chǎng)特性,論證了現(xiàn)有防滲帷幕和排水設(shè)計(jì)方案的明顯滲控效果,為設(shè)計(jì)提供了可靠依據(jù).在滲流場(chǎng)求解方面應(yīng)用了目前較好的算法:一方面把排水子結(jié)構(gòu)納入節(jié)點(diǎn)虛流量法中;另一方面把節(jié)點(diǎn)虛流量法中的滲流虛域與實(shí)域、虛單元與實(shí)單元的概念引入排水子結(jié)構(gòu),使求解有復(fù)雜排水孔幕和排水廊道的工程滲流問題得到了較好地解決.

根據(jù)瀑布溝水電站設(shè)備量大,管系復(fù)雜、廠區(qū)管理要求高的特點(diǎn),研究建立一套以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為載體,借助地理信息技術(shù)(gis)和3d虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為應(yīng)用平臺(tái)的信息系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對(duì)電廠各種管線、設(shè)備、廠房等涉及地理位置的信息實(shí)現(xiàn)集中化、可視化管理,實(shí)現(xiàn)全廠范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)共享,為生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理者提供現(xiàn)代化的管理手段和科學(xué)及時(shí)的決策支持。