地下厂房防渗排水系统渗流特性的有限元分析

在求解无压渗流场结点虚流量法的基础上,结合可精细模拟密集排水孔复杂渗流水力行为的改进排水子结构技术,对某地下厂房厂区洞室群围岩区三维渗流场进行了有限元求解分析,着重研究了防渗排水系统中的帷幕和排水幕的渗流特性.研究表明,排水幕在排水通畅的前提下具有强大的排水能力,其排水孔间距在一定范围内变化对渗流场水头分布影响不明显.因此,可适当加大排水孔间距,以减少工程投资.     

深圳抽水蓄能电站厂房洞室群优选渗控方案分析

利用求解有自由面渗流场改进的节点虚流量全域迭代法,结合精确的排水孔模拟技术,对深圳抽水蓄能电站运行期地下引水管线区及厂房洞室群围岩区三维渗流场进行了有限元仿真分析,着重研究了优选方案中高压岔管开裂时引水支管区域防渗排水系统的渗流特性.研究表明,该区域设置封闭性防渗帷幕加排水孔幕组合防渗体系,能有效控制高压引水管开裂时的高压渗水,改善该区岩体渗透比降分布,保证了下游厂房运行期的安全.     

水电站地下厂房渗控效应的敏感性分析

地下厂房多位于降雨形成的天然水位线以下,渗漏成为主要问题,不仅影响厂房的正常运行,还可能对厂房的安全造成极大的危害。文章采用有限元数值模拟方法,开展了地下厂房在不同防渗帷幕和排水系统组合失效工况下渗控效应的敏感性分析;通过多工况的计算,详细评价了水电站厂区防渗排水措施的渗控效果,从而为工程建设提供合理依据。计算结果表明:防渗帷幕能够有效减小渗流量、降低厂房区的自由面,排水系统排水减压效果明显,采取渗流控制措施后厂房洞室渗流场得到了很好的控制。     

白鹤滩大坝三维渗流场仿真与渗控效果评价

根据白鹤滩大坝工程及水文地质条件、渗控设计方案,建立了大型三维渗流仿真有限元模型,采用稳定渗流理论和排水孔精细化模拟方法,开展正常运行工况大坝渗流场仿真计算,研究大坝自由面、总水头、渗透坡降和渗漏量等渗流场分布特征,分析结构面的渗透稳定性。结果表明:坝基防渗帷幕能够有效阻隔库水从上游向下游的渗漏,有效截断可能存在的渗漏通道。排水孔幕能够有效降低周边自由面,排出坝基以及两岸坝肩处的渗漏水。层间错动带、断层与防渗帷幕和排水孔幕相交处出现较大渗透坡降,其余部位渗透坡降较小。渗控设计方案能够有效控制渗流场,防渗排水设施设计合理。     

地下厂房洞群围岩渗流场有限元分析

运用固定网格结点虚流量法和排水子结构技术以排水孔开关器概念，对三板溪水电站地下厂房洞群围岩渗流场进行了三维仿真模拟，解决了由于多样性的地层结构，特殊的渗控措施和复杂的厂房结构而带来的诸多难题，成功地求解了三板溪地下厂房区的复杂渗流场。充分证明排水孔结构技术对求解精度提高的优越性。     

句容抽水蓄能电站渗控效果数值模拟与评价

句容抽水蓄能电站地质条件复杂,为分析现拟的渗控措施能否达到预期效果,本文建立了句容抽水蓄能电站三维整体渗流场有限元模型,采用排水孔二次剖分技术和改进的结点虚流量法相结合的方式,实现了对排水孔幕等复杂渗控措施的精细模拟,分析了设计工况下电站的整体渗流特性.结果表明,现拟的渗控措施对库区及地下厂房洞室群渗流场起到了较好的控制作用.     

大型地下厂房洞室群围岩开挖松弛效应与渗透性演化特征

锦屏一级水电站地下厂房洞室群开挖规模巨大,赋存于极高至高地应力和低强度岩体环境下,且受f13、f14、f18断层切割,其围岩稳定性将成为影响工程安全和正常运行的重要因素之一.结合现场声波监测资料,采用裂隙岩体等效弹塑性本构模型以及基于Hoek-Brown参数的偏应力破坏准则对开挖松弛区进行模拟与评价.此外,重点关注洞室群围岩在地下厂房开挖过程中渗透特性的演化,并采用SVA方法对其防渗排水措施的渗控效应进行分析与评价.研究结果表明:采用塑性屈服区以及偏应力破坏准则表征围岩开挖松弛效应是合理的,高地应力、低强度应力比是造成锦屏一级地下厂房围岩开挖松弛区较大的主要原因;洞室群围岩在地下厂房开挖过程中渗透特性可增大3个数量级,影响范围达35m;围岩渗透特性演化对渗流场具有显著影响,影响程度取决于与洞室群的距离以及防渗排水措施的渗控效应.     

流固耦合作用下大型地下厂房围岩稳定性分析

为分析降雨和地下水形成的渗流场与应力场的耦合作用,对某大型地下厂房洞室群围岩稳定的影响,根据流固耦合理论,利用二维和三维有限元对地下厂房开挖施工进行数值模拟分析。该厂房最大的特点就是复杂的地质环境,断面形状和尺度庞杂,最主要是有F77大断层横穿主厂房,且遭遇降雨入渗等影响厂房围岩稳定性的恶劣工程环境。因此,基于厂房开挖支护的数值仿真过程,通过是否考虑应力场或渗流场的影响等不同工况进行对比计算分析。依据计算的洞室内渗流量、围岩应力场、变形场以及塑性区分布等结果表明,主厂房和主变室边墙部位以及洞室拐角处需加强支护,且主厂房大断层处在施工过程中需要及时排水与加固处理。耦合作用下,围岩应力和位移均不同程度地增大、塑性区分布范围加深。因此,考虑应力场和渗流场的耦合作用是合理的,并且适时对地下厂房进行防渗和排水是十分必要的。     

白鹤滩水电站典型层间错动带渗流模拟分析

为研究白鹤滩水电站层间错动带渗流特性,以电站右岸层间错动带C3为研究对象,基于FEFLOW建立了承压二维非稳定流有限元渗流模型,模拟在正常蓄水位825 m时,分析不同防渗帷幕布设下地下水渗流场分布及对右岸地下厂房区的稳定性影响.结果表明,帷幕和错动带渗透性对渗控效果影响明显,降低帷幕渗透性能显著减少排水廊道的排水量及降低厂房区的自由面高度;在现有帷幕布设下,帷幕渗透系数为1.0×10~(-5)cm/s时,厂房区上游的最大水力坡度值为9.25,超过了临界水力坡度值,而全封闭式帷幕布设能取得较好的渗控效果;与封孔情况相比,坝区勘探孔未封闭使厂房区上游最大水力坡度明显增大,且排水廊道排水量增加1.3倍,故在坝肩采用全封闭式帷幕且封闭勘探孔,能够有效降低厂房区的水头,为白鹤滩水电站防渗排水系统设计提供重要的科学依据.     

深埋引水隧洞不同排水方案渗流场及衬砌外水压力研究

深埋长引水隧洞排水措施的布置与隧洞渗流场及衬砌外水压力关系密切,是保证围岩及衬砌结构安全的重要举措.结合滇中引水工程大理Ⅱ段深埋长引水隧洞,采用ABAQUS数值模拟的方法对不同排水方案下隧洞渗流场及衬砌外水压力变化规律进行了研究.结果表明,排水措施的布置能有效降低衬砌外水压力,但不同部位降低幅度不同,排水孔附近衬砌外水压力降低幅度较大,距离孔越远水压降低幅度越小;且排水孔数量越多,衬砌全范围内水压力降低越明显.研究结果可为西南深埋长隧洞工程防排水系统设计提供借鉴和参考.     

二滩水电站基础三维渗流场分析

论述了基于固定网格结点虚波量法的改进排水子结构技术的算法理论和实施方法,通过对二滩水电站基础岩体复杂排水系统的精细模拟,详细分析了二滩坝基和坝后抗力体、水垫塘、地下厂房的渗流状态和渗控效果,对二滩枢纽基础的渗控控制措施作出评价。     

地下水封储油洞库各向异性渗流特征的数值模拟

以某地下水封储油洞库为工程背景,采用FLAC3D数值模拟软件分析了施工期与运营期地下水渗流场的分布规律,并比较了裂隙岩体渗流各向同性与各向异性两种工况下孔隙水压力分布的差异,最后计算了围岩渗水量.结果表明,人工水幕系统对于保证洞库水封起到至关重要的作用;采用裂隙岩体渗流各向同性评估洞库间岩柱的稳定性更为安全;利用数值模拟方法计算得到施工期及运营期单洞库渗流量分别为1 130 m3/d和775 m3/d.     

某地下水封洞库工程水幕系统设计初步研究

人工水幕系统对地下水封洞库长期稳定运行十分重要。结合某地下水封洞库,采用理论分析和数值计算的方法,对水幕系统的设计进行初步研究。研究表明,施工期水幕孔注水可保证岩体中存在足够的水封压力,运行期采用注水运行方式可有效控制洞库的涌水量和维持必要的储油压力。最后分析了地质构造对水幕的影响,并对水幕巷道和水幕孔进行了布置,对排水和补水进行了设计。     

地下工程事故紧急搜救的快速气冲钻孔和实时监测

如何以最快的速度搜救地下工程事故中的被困人员,是完成救援任务的关键,笔者提出了自动监测钻孔过程的DPM方法。该方法在以高压空气作为动力的潜孔锤旋转冲击钻孔中,能够自动、连续地对钻孔过程实时数字监测和记录。这种智能型监测钻孔可以实时建立沿钻孔深度各点的岩土体力学强度与空间分布,从而准确地测定地下洞室或巷道的位置及范围。该技术起到快速搜索以及输送新鲜空气的作用,钻成的孔洞可以将食物和水传递给被困人员。十多年来,实际数字钻孔监测结果表明,这项研究的确可以精确测定和给出地下岩土体的力学强度。该方法可以有效地、具体地应用到地下工程事故紧急搜救工作中。     

基于FLAC~(3D)的大伙房水库引水隧洞围岩变形分析

圆形洞室开挖后,使原来处于挤压状态的围岩失去支撑而向洞内松动变形;如果这种变形超过了围岩本身所能承受的能力,则围岩就要发生破坏。本文应用FLAC3D数值模拟软件对15+800～15+900段隧洞围岩的变形进行了分析和评价。结果表明,地下洞室开挖穿过断层带时,围岩的塑性区域会增大;围岩在同一开挖方式下,破碎带及其周围围岩变形规律基本相同,但位移值差异较大。     

考虑储气库裂隙储层分形特点的天然气渗流规律分析

考虑储气库裂隙介质分形特点以及临界运移饱和度的影响,根据两相不稳定渗流理论和分形理论,将裂隙储层介质分形参数引入到相对渗透率的预测,建立了储层相对渗透率与裂隙尺寸、典型单元体尺寸、毛管压力之间的关系;并分析了高含水衰竭油气藏裂隙储层改建储气库后的渗流规律及井底压力变化规律。采用计算模型与三维渗流模型所得计算结果进行了对比分析,并研究了分形维数、典型单元体尺寸、裂隙尺寸比、储层厚度、注气速率、排水速率对储气库井底压力的影响。计算结果表明:采用的计算模型考虑了裂隙储层的分形特点,具有较高的计算精度,可以满足实际工程计算需求;气相相对渗透率随着分形维数的增大而增大,水相相对渗透率随着分形维数的增大而减小;储气库井底压力随着裂隙介质分形维数、储层厚度、排水速率的增大而减小;随着典型单元体尺寸、裂隙尺寸比、注气速率的增大而增大。     

地下厂房锚杆支护的反向传播神经网络智能化设计模型

水电站地下厂房的支护设计一般采用工程类比法,而西南地区高地应力、大跨度地下洞室的修建难度往往超出以往的工程,难以完全适应。亟待建立考虑复杂地质条件影响的围岩支护定量设计理论和方法。在29个跨度为18.0～34.0 m,强度应力比为2.00～80.8的地下厂房支护参数的基础上,采用反向传播(back propagration, BP)神经网络方法,训练出了地下厂房系统锚杆支护的智能化设计模型。该模型通过输入洞室跨度值和强度应力比对系统锚杆直径、间排距进行优化设计。采用对神经网络权重分析的方法探讨了洞室跨度和强度应力比对系统锚杆支护方案选择的影响程度。研究结果表明:基于BP神经网络的水电站地下厂房系统锚杆支护的智能化设计模型具有良好适用性和可靠性;在仅考虑强度应力比和洞室跨度的情况下,水电站地下厂房系统锚杆的支护设计应该优先考虑强度应力比的大小。     

人工裂缝宽度对页岩气渗流规律的影响

针对人工裂缝宽度是水力压裂后产生的评价气田开发效果的重要参数,为研究人工裂缝宽度对页岩气渗流规律的影响,建立了基质—裂缝系统双重介质气体渗流数学模型,采用有限元方法对页岩气在储层渗流过程中的压力进行求解,揭示在定产量条件下定性和定量的描述人工裂缝宽度对储层压力及井底压力的影响及其渗流规律,并优化人工裂缝宽度。结果表明:人工裂缝宽度对储层压力影响较小,增加人工裂缝宽度,基质和裂缝系统的压降未产生明显差异,但提高了压力波及范围。当人工裂缝宽度为7 mm时,页岩气的泄气面积最大,基质系统吸附气解吸量最大,压力波及范围最广且传播到井底的速度最快,气体渗流效果最佳;人工裂缝宽度增加对井底压力影响较小,但井底压力有小幅上升趋势且下降速度逐渐减慢。当人工裂缝宽度为7 mm时,井底压力最高,基质向裂缝方向压力波传播速度最快,基质系统吸附气解吸量最大,裂缝与基质沟通效果最优。综上,在裂缝宽度研究范围内,人工裂缝宽度为7 mm时为最优裂缝宽度。因此,压裂时应充分考虑人工裂缝宽度对页岩气渗流规律的影响,通过储层压力展布及井底压力变化有效指导压裂开采。     

边坡岩体疏干排水动态过程的数值模拟研究

应用边界元数值方法模拟研究水平钻孔疏干边坡地下水的动态过程。分析表明，岩体的渗透系数（大小与张量）、可疏干孔隙率对排水动态过程及疏干效果的影响十分显著。文中结论为边坡疏干排水设计提供了理论依据。