防排水方案计算评价：紫坪铺水利枢纽工程地质问题研究成果

2023-08-24 理论教育版权反馈

【摘要】：第一套方案中方案a1是所有方案中最差的；方案a7的防排水效果最好,但是由于加长帷幕,需增加成本太多,经济上不合理,故该方案不是最经济的。这样在该套方案中方案a5为坝区防排水最佳的方案。但考虑到施工中做到帷幕的渗透系数为0.001m/d很难,甚至不可能,故推荐第二套方案中的b5方案为紫坪铺水利枢纽工程坝区防排水方案。

11.5.2.1 防排水方案计算

坝区水工建筑物防排水方案计算采用五面体和六面体单元对岩体进行剖分。考虑岩体透水性的不均匀及帷幕和排水孔的布置,将其划分为252个超单元,共剖分成23815个单元,26580个节点。

从坝区的水文地质条件可知,影响坝区岩体渗流场地下水头分布规律的客观因素有以下几方面:

(1)水库上下游水位差。计算时上游水位取蓄水时的正常水库水位877.0m,下游取河水位747.0m。

(2)研究区的边界条件。右岸条形山脊处以趾板终点向外100.0m,且垂直于山脊处,取作流线边界；左岸以分水岭为界,取为零流量边界；下游河水位为定水头边界。上部以自由面处理,下部以阻水层边界处理。

(3)帷幕、排水孔布置的空间位置及互相组合关系。水工建筑物帷幕、排水孔的设置与否以及帷幕和排水的走向、孔间距、出水高程等参数,对整个渗流场地下水头分布起至关重要的作用。

各典型方案对水工建筑物关键部位的防渗降压效果计算成果见表11-19、表11-20和图11-21、图11-22。

表11-19 4号引水洞纵向排水孔后40m处水位

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表11-20 典型方案4号引水洞下游坡脚开挖处的水力坡度

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注括号内为第二套方案水力坡度。

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图11-21 方案a5自由水面等水位线平面图和立体图(单位:m)

(a)平面图；(b)立体图

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图11-22 方案b5自由水面等水位线平面图和立体图(单位:m)

(a)平面图；(b)立体图

11.5.2.2 防排水方案评价

上述计算成果表明,两套防渗方案有其共同的特点,即:①排水孔间距增大(a5和a8、b4和b7及b10和b11比较),排水孔的个数相对减少,对整个渗流场影响不大；②帷幕延长对改善帷幕后的渗透力作用不明显(a6和a7、b5和b6比较)；③只有帷幕无排水比无帷幕只有排水的情况下,计算区水位和水力坡度要低得多,如方案a2较a4低,方案b1较b3低,说明该区排水重要,防水更重要；④随帷幕失效程度的增大(帷幕渗透系数增大),计算区渗流场变化随之加大(如方案a5与a9、a10、a11比较,b4与b8、b9、b10比较),说明帷幕防渗效果对渗流场影响较大。

第一套方案中方案a1(无帷幕、无排水)是所有方案中最差的；方案a7的防排水效果最好,但是由于加长帷幕,需增加成本太多,经济上不合理,故该方案不是最经济的。这样在该套方案中方案a5(既有帷幕,又有横向、纵向两排排水孔)为坝区防排水最佳的方案。第二套方案中方案b6的防排水效果最好,但是由于加长帷幕,需增加成本太多,故该方案不是最经济的。在该套方案中,方案b4(既有帷幕,又有横向、纵向两排排水孔)为最佳的方案。

综上所述,各套方案中防渗帷幕是控制渗流场变化的关键因素,排水孔间距加大和延长帷幕对整个渗流场影响不大。第一套方案中的方案a5和第二套方案中的方案b5为最佳方案。但考虑到施工中做到帷幕的渗透系数为0.001m/d很难,甚至不可能,故推荐第二套方案中的b5方案为紫坪铺水利枢纽工程坝区防排水方案。该方案可以有效地降低水工建筑物表面的扬压力和岩体内的渗透力,改善坝区岩体地下水渗流场,既有利于工程的整体经济效益,又有利于工程整体的安全和稳定。另外由于页岩的渗透性较小,在页岩区帷幕的防水效果和排水孔的排水效果都不明显。因此排水孔最好尽量布设在砂岩中。

防排水方案计算评价：紫坪铺水利枢纽工程地质问题研究成果

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