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紫坪铺水利枢纽重大工程地质问题研究成果

2025-09-30 理论教育版权反馈

【摘要】：图11-5 坝区地下水渗流模拟剖面位置示意图1—模拟剖面线及编号；2—层间剪切带；3—地形等高线图11-6 P1剖面示意图C1、C2、C3、C4、C5—地下水径流分段图11-7 P3剖面示意图C1、C2、C3—地下水径流分段图11-8 P4剖面示意图坝区水文地质概念模型在剖面上可表述为非均质中的地下水二维渗流,将其概化如下:根据钻孔压水试验成果统计趋势分析,埋深大于320m时,砂岩的平均渗透系数和最大渗透系数均小于0.001m/d,可以作为相对隔水底板。

根据坝区水文地质结构,选择5个剖面进行数值模拟:右岸坝下稳定渗流场模拟(P1剖面)、右岸坝肩稳定渗流场模拟(P2剖面)、右岸肩绕坝稳定渗流场模拟(P3剖面)左岸向邻谷白沙河渗漏的非稳定渗流场模拟(P4剖面)、左岸坝肩绕坝稳定渗流场模拟(P5剖面)。各剖面的平面位置见图11-5,代表性剖面示意图分别见图11-6～图11-8。

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图11-5 坝区地下水渗流模拟剖面位置示意图

1—模拟剖面线及编号；2—层间剪切带；3—地形等高线(m)

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图11-6 P1剖面示意图

C1、C2、C3、C4、C5—地下水径流分段(以层间剪切带为界)

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图11-7 P3剖面示意图

C1、C2、C3—地下水径流分段(以层间剪切带为界)

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图11-8 P4剖面(白沙河—坝址)示意图

坝区水文地质概念模型在剖面上可表述为非均质中的地下水二维渗流,将其概化如下:

(1)根据钻孔压水试验成果统计趋势分析,埋深大于320m时,砂岩的平均渗透系数和最大渗透系数均小于0.001m/d,可以作为相对隔水底板。(https://www.chuimin.cn)

(2)F3断层作为相对隔水层,为右岸地下水流动系统的南侧边界。

(3)及其下部地层发育有较连续的煤质页岩和泥质粉砂岩互层构造,为相对稳定的隔水层。

(4)顺层连续发育的煤质、泥质页岩层、层间剪切错动带L9～L14等(可简称为软弱带)为弱透水层,这种软弱岩层的渗透性存在明显的各向异性特征,表现为顺层方向有一定的渗透性,而垂层方向几乎不能透水。

(5)根据裂隙资料综合分析,砂岩渗透张量与其所在构造部位有关,但是投影到各个剖面,其各向异性的影响并不很明显,因此模拟时近似作为各向同性处理。

(6)根据钻孔压水试验成果统计分析,砂岩和页岩的渗透性总体有随埋深呈指数衰减的趋势,而且平均渗透系数的这种衰减规律很明显。平均渗透系数相当于各种裂隙按其发育密度和张开程度得到的岩层等效渗透系数。因此以平均渗透系数作为模拟参数是合理的,以不同埋深段为分区赋予不同的域值(见表11-3)。

表11-3 渗透性计算参数灰域表

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(7)将坝体的堆石区作为强渗透(平均渗透系数3～10m/d,远大于砂岩的渗透性)介质,混凝土面板为隔水边界,上游坝基考虑是否铺设防渗帷幕两种情况进行模拟。

(8)根据降水资料统计,按基岩山区降水对地下水的补给系数(0.1～0.3)计算,入渗补给量的极小值为0.12mm/d、极大值为3.0mm/d(见表11-4)。

表11-4 入渗补给量估算表

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以模拟剖面线为x轴,垂直向上方向为z轴,剖面左右两侧均采用已知水头边界,坝区地下水剖面稳定渗流数学模型可表达为:

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式中:H为地下水水头；K为岩体渗透系数；ε为降雨入渗补给系数；H1为模拟剖面左侧地下水头分布；H2为模拟剖面右侧地下水头分布；L为剖面长度；μ为储水率。稳定流模拟时,∂H/∂t=0；非稳定流模拟时,∂H/∂t≠0。