紫坪铺水利枢纽工程地质问题模拟分析成果

2023-08-24 理论教育版权反馈

【摘要】：模拟结果包括水头分布、渗漏量和坝基下游出渗端的渗透流速。以P1、P3剖面为代表,模拟结果介绍如下。根据ZK70孔的水位动态分析,图11-13中模拟的曲线动态更符合现状地下水流特征,相对应的河间地块分水岭动态为模拟曲线1。

11.3.2.1 坝址区稳定渗流模拟

模拟条件按岩体渗透性和是否设置防渗帷幕的组合分为A、AR、B、BR4种,进行稳定流模拟。A表示平均渗透系数条件,B表示偏大渗透系数条件,R表示在上游端设置防渗帷幕(深度为80m)。模拟结果包括水头分布、渗漏量和坝基下游出渗端的渗透流速。将渗漏量按层间剪切错动带(L10、L11、L12、L13)划分成若干带,分别计算各个条带内的总渗漏量,以考察其随埋深的变化。以P1、P3剖面为代表,模拟结果介绍如下。

(1)右岸坝下稳定渗流场模拟(P1)。模拟按A、AR、B、BR4种情况进行渗流场模拟和渗流量计算。渗流量计算结果见表11-5,各种条件下渗流场水头分布见图11-9。

表11-5 P1剖面坝下渗漏量(单宽流量)模拟结果

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(2)右岸肩绕坝稳定渗流场模拟(P3)。按渗透性将模拟条件分为A、B、R3种。渗漏量和流速的计算结果见表11-6。A、B两种条件下渗流场水头分布见图11-10(在设置防渗帷幕后,主要径流带被封阻,渗漏量因此变得很小,而渗流场形态变化不大)。

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表11-6 P3剖面绕坝渗漏量(单宽流量)模拟结果

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图11-10 P3剖面(绕坝肩)各个条件下的渗流场图(vs为渗透流速)

(a)平均渗透系数条件；(b)偏大渗透系数条件

11.3.2.2 页岩各向异性程度对模拟结果的影响

上述剖面的地下水稳定渗流模拟均是在页岩各向异性系数取为5时的模拟结果。为分析页岩各向异性程度对渗漏量计算和渗流场形态的影响,取Kh/Kv=1(无各向异性)和Kh/Kv=20试模拟进行对比。

由模拟结果的对比曲线图11-11和图11-12可见,页岩的各向异性对渗流量的模拟计算的影响较明显,而各向异性参数为5和20时,模拟结果差异不大,因此,取各向异性参数为5作为坝区渗流模拟是合理的。

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图11-11 页岩无各向异性时不同条件下各个剖面的渗漏量曲线

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图11-12 页岩各向异性对各个剖面渗漏量的影响

1—页岩各向同性；2—页岩Kh/Kv=5；3—页岩Kh/Kv=20

11.3.2.3 向邻谷白沙河渗漏的非稳定流模拟

指从库首(岷江)向邻谷白沙河渗漏的地下水渗流场模拟,为了考察不同季节地下水位的变化将对地下水分水岭的移动产生很大的影响,因此采用非稳定流计算。根据降水补给系数和岩体渗透性等各种条件来模拟河间地块分水岭的存在、变化和渗流场形态。其中A为岩体渗透系数取平均值；B为取偏大值。根据坝区水文地质条件,以上页岩分布较少,砂岩呈厚层状,因此模拟时L14以上全部作为砂岩处理。由于P4剖面沿地层走向,软弱带渗透性的各向异性对剖面渗流模拟的影响不大。

(1)天然条件下的渗流场。天然条件下坝首(岷江)向邻谷白沙河渗漏模拟结果见表11-7和图11-13、图11-14。根据ZK70孔的水位动态分析,图11-13中模拟的曲线动态更符合现状地下水流特征,相对应的河间地块分水岭动态为模拟曲线1。

表11-7 天然条件下岷江—白沙河(P4)地下水位模拟结果

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图11-13 天然条件下岷江—白沙河(P4剖面)地下水水位动态特征

1、3—地表分水岭处地下水动态；2、4—左岸950m高程处地下水动态(相当于ZK70位置)；1、2—动态曲线的补给系数为0.3,岩体渗透系数为平均值；3、4—动态曲线的补给系数为0.1,岩体渗透系数为偏大估计值

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图11-14 天然条件下(枯水季节)P4剖面典型渗流场形态图

(2)蓄水条件下的渗流场。根据动态模拟,水库蓄水后,库水向白沙河渗漏的可能性很小,只有在降雨补给地下水几乎没有的情况下(补给系数小于0.1的极干旱条件)才可能发生渗漏,否则,因河间地块存在分水岭而不会导致渗漏的发生。表11-8、图11-15～图10-17给出了几种典型情况的渗漏模拟结果。11.3.2.4 模拟结果分析

表11-8 水库蓄水后库首—白沙河(P4)地下水位模拟结果

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图11-15 水库蓄水后水库—白沙河(P4剖面)地下水水位动态特征

1、4—地表分水岭处地下水动态；2、3—左岸950m高程处地下水动态(相当于ZK70位置)；1、2—动态曲线的补给系数为0.3,岩体渗透系数为偏大估计值；3、4—动态曲线的补给系数为0.1,岩体渗透系数为偏大估计值

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图11-16 水库蓄水后P4剖面典型渗流场形态图

1—丰水季节地下水水位线；2—枯水季节地下水水位线

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图11-17 水库蓄水后极干旱条件下库渗漏状态

P1～P5这5个剖面的渗流情况基本可以反映坝区渗流场的各种局部特征,现在将模拟结果进行综合分析从而得到总体上的认识:

(1)坝址的上游端可以圈画出一个渗漏带,总长度为1773.45m,其中库水流向岷江下游的渗漏带长度为1404.45m,流向白沙河的渗漏带长度为369.00m。坝址下游端可以圈出一个半径大致为193m的渗漏排泄带,面积为8.34万m2。根据渗漏强度,又可以把整个坝址地下水径流范围分为7个径流区:①为坝下径流区；②、③为坝肩径流区；④、⑤、⑥为绕坝肩径流区；⑦为向白沙河的远程径流区。其中渗漏强度最大的径流区是①、②,其次是③、④,微弱渗漏的是⑤、⑥。①、②、③、④4个径流区的末端(即出渗端Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ)径流比较强烈,地下水的流速大,可能对坝基的稳定性有一定影响(见图11-18)。

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图11-18 坝区库水渗漏分区概图

1—库水渗漏带；2—坝址地下水径流区；3—渗漏排泄带；4—强径流区(出渗端)；5—地下水径流方向；6—坝址外围地下水径流方向；7—坝轴线；8—地形等高线

(2)水库蓄水稳定以后,库区至坝下游将形成比较稳定的渗流场,降水变化只会影响⑤、⑥两个区的外围边界,不致使渗流场发生很大改变。因此可以用前述剖面的稳定流模拟结果来估算坝区总的渗漏量(见表11-9)。渗漏量的41%～75%发生在①、②径流区排泄。渗漏量的偏大估计为6.213万m3/d,由此计算坝基下游的平均渗透流速为0.74m/d。防渗帷幕处理可以使渗漏量减少到1/3～1/4(A与AR、B与BR比较)。

表11-9 页岩渗透性无各向异性时坝区渗漏量

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(3)库水向白沙河的渗流受到降水动态的影响,发生渗漏的可能性很小,即使没有任何降雨入渗补给条件,库水向白沙河的渗漏量很小,约为坝区渗漏量的1%,因此可以忽略。

(4)坝区岩体的渗透性主要受埋深的控制,页岩的渗透性显著低于砂岩或存在显著的各向异性,对防止渗漏和强径流是有利的。从模拟结果分析,渗漏主要发生在浅部厚度大约60～100m范围内,这个范围又是强渗透性砂岩(裂隙)分布区,应作为防渗的重点。

紫坪铺水利枢纽工程地质问题模拟分析成果

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